A Novel Hybrid Deep Learning Model with Receptive Field-Enhanced Skip Connections and Adaptive Loss for Medical Image Segmentation
محل انتشار: مجله هوش مصنوعی و داده کاوی، دوره: 14، شماره: 2
سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 27
فایل این مقاله در 23 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد
- صدور گواهی نمایه سازی
- من نویسنده این مقاله هستم
استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:
شناسه ملی سند علمی:
JR_JADM-14-2_010
تاریخ نمایه سازی: 26 فروردین 1405
چکیده مقاله:
Medical image analysis, crucial for disease diagnosis and treatment, often suffers from the challenge of class imbalance, where the area of normal tissue significantly outweighs that of abnormal regions. Furthermore, the varying class ratios across different images within a dataset complicate the application of uniform loss adjustments. To address these issues and advance automated segmentation, this study proposes a novel deep learning model integrating the strengths of YOLO Version ۸'s efficient feature extraction modules (SPPF and C۲F) within a U-shaped architecture enhanced by a Receptive Field Enhancement (RFE) module. The RFE module, acting as an advanced skip connection, strategically fuses multi-scale features from corresponding and subsequent encoder layers processed through SPPF and C۲F to enrich feature transfer and improve receptive field. To specifically tackle the class imbalance and the diversity of class distributions across images, we introduce a novel Adapt Exponential Loss function. This pixel-level loss dynamically adjusts class weights for each image based on its individual lesion-to-total-pixel ratio (k). We evaluated our proposed model and loss function on challenging skin lesion datasets: ISIC ۲۰۱۸, ISIC ۲۰۱۷, and PH۲. Our method achieved significant segmentation performance with IoU scores of ۸۶.۴۷%, ۸۵.۶۷%, and ۹۳.۱۳%, and Dice scores of ۹۱.۶۳%, ۹۰.۱۹%, and ۹۶.۰۲% on ISIC ۲۰۱۸, ISIC ۲۰۱۷, and PH۲, respectively, demonstrating its effectiveness in accurately delineating skin lesions despite class imbalance and varying lesion proportions. This work contributes a robust framework for medical image segmentation, facilitating more reliable diagnostic tools in dermatology.
کلیدواژه ها:
نویسندگان
Mahdi Zarrin
Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tabriz, Iran.
Haniyeh Nikkhah
Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tabriz, Iran.
مراجع و منابع این مقاله:
لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :