Pulmonary nodule segmentation framework based on fine-tuned and pre-trained deep neural network using CT images

残差神经网络 分割 人工智能 掷骰子 计算机科学 交叉熵 模式识别(心理学) 深度学习 Sørensen–骰子系数 编码器 图像分割 数学 统计 操作系统
作者
Ananya Bhattacharjee,R. Murugan,Tripti Goel,Seyedali Mirjalili
出处
期刊:IEEE transactions on radiation and plasma medical sciences [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-1
标识
DOI:10.1109/trpms.2023.3236719
摘要

Deep learning is one of the most rapidly growing and emerging technologies in pulmonary nodule segmentation. However, the different shape, size and location of the nodules make it extremely difficult to segment correctly. The purpose of this study is to obtain a fast and accurate segmentation algorithm with less number of stages. A fine-tuned dual skip connectionbased segmentation framework is proposed that integrates pretrained ResNet 152 with the U-Net architecture, namely, ResiUNet. Nine different pre-trained and fine-tuned encoder backbones such as ResNet18, ResNet 34, ResNet 50, ResNet 101, ResNet 152, SEResNet18, SE-ResNet34, ResNext 101, ResNext 50 are compared and the proposed ResiU-Net approach gives the best results. Also, the fine-tuned ResiU-Net performs better than nontuned ResiU-Net. 1224 computed tomography patient images with different nodule shapes and sizes are selected. The proposed method achieves 97.44% F score,95.02% intersection over union score, 94.87% dice score, 0.34% binary cross-entropy loss and 0.7585 combined dice coefficient and binary focal loss. The proposed ResiU-Net outperforms the state-of-the-art methods and reports the best evaluation metrics. The time taken by the model to train is 43 minutes. Hence, the proposed model is a fast and accurate segmentation approach.

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