A dual-stage transformer and MLP-based network for breast ultrasound image segmentation

分割 计算机科学 人工智能 乳腺超声检查 模式识别(心理学) Sørensen–骰子系数 卷积神经网络 深度学习 图像分割 计算机视觉 乳腺癌 乳腺摄影术 医学 癌症 内科学
作者
Guidi Lin,Mingzhi Chen,Minsheng Tan,Lingna Chen,Junxi Chen
出处
期刊:Biocybernetics and Biomedical Engineering [Elsevier BV]
卷期号:43 (4): 656-671 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.bbe.2023.09.001
摘要

Automatic segmentation of breast lesions from ultrasound images plays an important role in computer-aided breast cancer diagnosis. Many deep learning methods based on convolutional neural networks (CNNs) have been proposed for breast ultrasound image segmentation. However, breast ultrasound image segmentation is still challenging due to ambiguous lesion boundaries. We propose a novel dual-stage framework based on Transformer and Multi-layer perceptron (MLP) for the segmentation of breast lesions. We combine the Swin Transformer block with an efficient pyramid squeezed attention block in a parallel design and introduce bi-directional interactions across branches, which can efficiently extract multi-scale long-range dependencies to improve the segmentation performance and robustness of the model. Furthermore, we introduce tokenized MLP block in the MLP stage to extract global contextual information while retaining fine-grained information to segment more complex breast lesions. We have conducted extensive experiments with state-of-the-art methods on three breast ultrasound datasets, including BUSI, BUL, and MT_BUS datasets. The dice coefficient reached 0.8127 ± 0.2178, and the intersection over union reached 0.7269 ± 0.2370 on benign lesions when the Hausdorff distance was maintained at 3.75 ± 1.83. The dice coefficient of malignant lesions is improved by 3.09% for BUSI dataset. The segmentation results on the BUL and MT_BUS datasets also show that our proposed model achieves better segmentation results than other methods. Moreover, the external experiments indicate that the proposed model provides better generalization capability for breast lesion segmentation. The dual-stage scheme and the proposed Transformer module achieve the fine-grained local information and long-range dependencies to relieve the burden of radiologists.
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