实验研究
基于ResNet50-OC模型的彩色眼底照片质量多分类方法效果评估
中华实验眼科杂志, 2021,39(9) : 785-790. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20200107-00011
摘要
目的

对基于深度学习的ResNet50-OC模型彩色眼底照片质量多分类的效果进行评估。

方法

纳入2018年7月在南京医科大学附属明基医院收集的彩色眼底照片PD数据集及EyePACS数据集,临床医师根据眼底图像的成像质量将其大致分为质量较好、曝光不足、曝光过度、边缘模糊和镜头反光5类。在训练集中,每个类别包含1 000张图像,其中800张选自EyePACS数据集,200张选自PD数据集;在测试集中,每个类别包含500张图像,其中400张选自EyePACS数据集,100张选自PD数据集。训练集总计5 000张图像,测试集总计2 500张图像。对图像进行归一化处理和数据扩增。采用迁移学习方法初始化网络模型的参数,在此基础上对比当前深度学习主流分类网络VGG、Inception-resnet-v2、ResNet和DenseNet,选取准确率和Micro F1值最优的网络ResNet50作为分类模型的主网络。在ResNet50训练过程中引入One-Cycle策略加快模型收敛速度,得到最优模型ResNet50-OC并将其应用于眼底照片质量多分类,评估ResNet50与ResNet50-OC对眼底照片进行多分类的准确率和Micro F1值。

结果

ResNet50对彩色眼底照片质量多分类准确率和Micro F1值明显高于VGG、Inception-resnet-v2、ResNet34和DenseNet。ResNet50-OC模型训练15轮对眼底图像质量多分类准确率为98.77%,高于ResNet50训练50轮的98.76%;ResNet50-OC模型训练15轮对眼底图像质量多分类的Micro F1值为98.78%,与ResNet50训练50轮的Micro F1值相同。

结论

ResNet50-OC模型可以准确、有效地对彩色眼底照片质量进行多分类,One-Cycle策略可减少训练次数,提高分类效率。

引用本文: 万程, 周雪婷, 游齐靖, 等.  基于ResNet50-OC模型的彩色眼底照片质量多分类方法效果评估 [J] . 中华实验眼科杂志, 2021, 39(9) : 785-790. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20200107-00011.
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通过眼底图像筛查糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)等常见眼底疾病是基本且有效的方法[1,2]。随着计算机辅助诊断(computer-aided diagnosis,CAD)技术的成熟和便携式眼底照相机的普及,许多智能眼病诊断系统已应用于各类眼底疾病的筛查[3,4,5]。彩色眼底照片质量是眼底疾病筛查过程中的重要因素,低质量眼底照片会导致诊断系统的漏诊,甚至误诊。目前,对于眼底图像的质量分类均为优劣二分类[6,7]。据调查,在眼底图像数据库中有超过25%的图像因质量差而不能进行医学诊断[8];而在远程医疗中通过眼底照相机拍摄并上传至阅片平台的图像有近一半质量差[9]。临床中低质量眼底图像主要分为曝光不足、曝光过度、边缘模糊和镜头反光4种类型。曝光不足彩色眼底照片的整体亮度低、难以识别血管及病灶;曝光过度眼底图像的对比度低、白色调严重;边缘模糊眼底图像的分辨率低、血管及视盘边界不清晰;镜头反光眼底图像有光斑,影响病变部位的诊断。与图像质量二分类相比,图像质量多分类使医生进一步明确低质量图像的类型,对后期及时修正拍摄错误并提高眼底图像质量有重要的指导意义,同时也为CAD提供质量可控的图像,提高疾病筛查的准确率。因此,眼底图像的质量优劣二分类已经不能满足目前CAD的要求,对图像质量进行多分类是必要且紧迫的任务。传统眼底图像质量分类方法主要参考2类参数:一是通用图像质量参数,如对比度、清晰度等;二是结构性质量参数,如视盘和黄斑的可见度等[6,7,10,11]。传统图像质量分类方法需要进行复杂且容易出错的解剖标志分割,并不能够反映影响图像质量的各种因素。近几年来,深度学习方法因其更高的准确性以及更好的鲁棒性被广泛应用于眼底图像分类。本研究拟设计一种基于深度学习的彩色眼底照片质量多分类方法,并对其效率进行评估。

 
 
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