实验研究
应用视觉注意力的糖尿病视网膜病变眼底影像筛查及分级
中华实验眼科杂志, 2019,37(8) : 630-637. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2019.08.008
摘要
目的

构建基于视觉注意力的糖尿病视网膜病变(DR)辅助诊断的智能分析系统,实现DR眼底影像的自动筛查及分级。

方法

从数据建模及数据分析竞赛平台(Kaggle)中的Diabetic Retinopathy Detection竞赛上下载得到35 126张DR眼底图片,并从Messidor网站上下载得到1 200张彩色眼底照片。首先,针对现有的DR眼底图像的特征,对视网膜图像进行一系列预处理;然后,在VGG16网络的基础上引入视觉注意力SENet模块,以提高病灶特征的显著性,生成一个网络结构较为复杂的深度卷积神经网络(CNN)SEVGG,该网络基本上继承了VGG16的一些结构参数,而SENet模块参数则根据基本网络及训练数据集进行相应的调整;最后,应用SEVGG网络模型对DR眼底图像进行筛查,并根据不同时期DR的病变程度把眼底图像分成不同等级。配置训练平台及环境并进行算法性能验证实验。

结果

将本研究中提出的方法在不同的公开标准数据集上进行检验,最终在基于图像的分类上实现了较高的准确率,其中Kaggle数据集中5分类准确率可达83%,病变检测的敏感性为99.86%,特异性为99.63%,Messidor数据集中4分类准确率可达88%,病变检测的敏感性为98.17%,特异性为96.39%。引入视觉注意力对于病灶点的关注更加显著,有助于DR的精准检测。

结论

应用视觉注意力的DR眼底影像筛查及分级方法有效避免了传统人工特征提取和眼底图像分类的一些缺点,且对于病灶点的识别更加精确,不仅优于之前的方法,而且具有较好的鲁棒性及泛化性。

引用本文: 万加龙, 胡建斌, 金炜东, 等.  应用视觉注意力的糖尿病视网膜病变眼底影像筛查及分级 [J] . 中华实验眼科杂志, 2019, 37(8) : 630-637. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2019.08.008.
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糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病常见和严重的微血管并发症,是40~60岁人群视力损害的首要原因[1,2],其早期诊断和治疗十分重要,眼底影像的精准分类是眼科医生对DR采取有效诊治方案的重要前提。随着深度学习技术在医学图像模式识别领域受到广泛关注[3,4,5],已有研究采用基于迁移学习的BNnet网络对视网膜图像进行分类,利用CompactNet网络对眼底图像进行自动分级,利用增强的半监督生成对抗网络对DR等级和程度进行识别,以及通过构建两级深度卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)来完成对眼底图像的特征提取、特征组合和结果分类任务[6,7,8,9]。然而,已有算法多存在检测步骤繁琐、识别精度不高等问题,且关于引入视觉注意力的DR检测目前研究尚少见。本研究中构建一种结合视觉注意力机制的CNN模型,以期对DR不同分期的眼底图像进行自动筛查及分级。

 
 
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