Fast instruments and tissues segmentation of micro-neurosurgical scene using high correlative non-local network

分割 计算机科学 人工智能 增采样 特征(语言学) 背景(考古学) 模式识别(心理学) 比例(比率) 计算机视觉 相似性(几何) 图像(数学) 地图学 生物 哲学 古生物学 地理 语言学
作者
Yu-Wen Luo,Haiyong Chen,Zhen Li,Weipeng Liu,Ke Wang,Li Zhang,Pan Fu,Wen-Qian Yue,Gui‐Bin Bian
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier BV]
卷期号:153: 106531-106531 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2022.106531
摘要

Surgical scene segmentation provides critical information for guidance in micro-neurosurgery. Segmentation of instruments and critical tissues contributes further to robot assisted surgery and surgical evaluation. However, due to the lack of relevant scene segmentation dataset, scale variation and local similarity, micro-neurosurgical segmentation faces many challenges. To address these issues, a high correlative non-local network (HCNNet), is proposed to aggregate multi-scale feature by optimized non-local mechanism. HCNNet adopts two-branch design to generate features of different scale efficiently, while the two branches share common weights in shallow layers. Several short-term dense concatenate (STDC) modules are combined as the backbone to capture both semantic and spatial information. Besides, a high correlative non-local module (HCNM) is designed to guide the upsampling process of the high-level feature by modeling global context generated from the low-level feature. It filters out confused pixels of different classes in the non-local correlation map. Meanwhile, a large segmentation dataset named NeuroSeg is constructed, which contains 15 types of instruments and 3 types of tissues that appear in meningioma resection surgery. The proposed HCNNet achieves the state-of-the-art performance on NeuroSeg, it reaches an inference speed of 54.85 FPS with the highest accuracy of 59.62% mIoU, 74.7% Dice, 70.55% mAcc and 87.12% aAcc.

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