福州大学柯逍获国家专利权
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龙图腾网获悉福州大学申请的专利一种基于特征聚焦的Transformer 3D医学图像分割方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118941572B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-26发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410976438.7,技术领域涉及:G06T7/10;该发明授权一种基于特征聚焦的Transformer 3D医学图像分割方法是由柯逍;陈观鸿设计研发完成,并于2024-07-20向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于特征聚焦的Transformer 3D医学图像分割方法在说明书摘要公布了:本发明提出一种基于特征聚焦的Transformer3D医学图像分割方法,对于输入的待检测图像,首先使用V‑Net进行一阶段的粗分割,再使用改进后的基于聚焦和稀疏矩阵的Transformer二阶段编码器进行特征编码。该方法旨在利用较少的运算量进行3D数据空间内全局信息交互,对于3D的数据量大的问题,使用聚焦映射,突出重点部分,同时使用稀疏矩阵,减少计算量,使用动态表征位置编码进行补充损失的位置信息,使用空间特征融合连接模块,对编码器与解码器之间的空间信息进行提取和链接。该方法能够在较少的计算量下,保留位置信息和空间信息,提高对空间上下文建模的能力。
本发明授权一种基于特征聚焦的Transformer 3D医学图像分割方法在权利要求书中公布了:1.一种基于特征聚焦的Transformer3D医学图像分割方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤S1:通过对3D医学图像数据集进行训练,并对数据采用数据增强方法,将数据送入V-Net骨干网络中进行一阶段初步训练,特征提取; 步骤S2:采用已训练的特征提取网络作为一阶段特征提取模块,再提出基于聚焦映射和稀疏矩阵的Transformer,作为二阶段提取网络的基础模块,通过聚焦映射,激发内在分布变化,同时通过使用稀疏矩阵来减少计算量和存储空间需求,使得模型在处理大尺寸数据时捕获关键信息; 步骤S3:提出空间特征融合链接模块SFFC,通过对空间位置信息的保留和提取,融合编码器和解码器中的特征信息; 步骤S4:针对静态位置编码和常规动态编码的局限性,提出动态表征位置编码模块DPRE,通过在不同尺度上提取局部性特征,融合全局信息增加上下文理解,根据内容实现动态位置编码,最后实现对3D医学图像的分割; 步骤S3具体包括以下步骤: 步骤S31:对跳跃连接模块进行改进; 首先,从编码器中获取低级特征A,采用最大池化和平均池化的策略;通过这两种池化操作,得到两个具有不同特点的特征权重矩阵,分别代表A的突出特征和全局特征;将这两个池化矩阵相加,使特征A的突出特征和全局特征融合,能够更好地捕捉特征之间的相关性和重要性,通过sigmoid激活函数进行处理,将加权后的特征限制在0到1之间;接着,将加权后得到的权重矩阵与原始特征矩阵A相乘,从而得到新的特征矩阵A';这一步骤的目的是通过加权相乘操作,让A'更加关注编码器中重要的空间位置信息,以及突出和全局的特征,具体计算如公式所示: A′=MLPMaxA+MLPMeanA×A 其中MLP为多层感知机,Max为3D最大池化层,Mean为3D平均池化层; 步骤S32:将来自解码器的高级特征B进行上采样操作,以使其与特征矩阵A'具有相同的尺寸;在上采样之后,采用可分离卷积操作,以进一步提取B的特征表示,并保持空间位置信息的一致性;经过可分离卷积处理后,得到一个放大两倍并带有空间位置信息的解码器特征B',具体计算过程如下: B′=DWCUpsampleB 步骤S33:最后,我们把来自编码器特征矩阵A'和解码器特征矩阵B'进行拼接,得到一个综合的特征表示,其中包含来自编码器和解码器的重要特征以及空间位置信息;完整计算过程如公式所示: MLP为多层感知机,一种神经网络的基本结构;Upsample是对该特征进行上采样; 步骤S34:最通过一系列细致的操作,包括池化、加权相乘、上采样、可分离卷积和特征拼接,有效地融合了编码器和解码器中的特征信息,并保留了空间位置信息; 步骤S4具体包括以下步骤: 步骤S41:动态表征位置编码模块DPRE,通过可分离卷积从不同尺度上提取局部性特征,而后对全局进行注意力操作,获取全局信息增加上下文理解,从而根据内容实现动态位置编码; 步骤S42:首先将输入特征放入两个不同核尺寸的3D可分离卷积层进行特征提取;通过在不同尺度下对局部特征进行提取,获得两个具有不同尺寸的特征F3和F5,具体的F3和F5的计算过程如公式: Fi=DWCi×iFinput 其中DWC代表深度可分离卷积,Fi表示为经过深度可分离卷积后的特征,其中i的取值为3和5,Finput表示为输入特征; 步骤S43:接下来,利用自注意力机制对patch特征之间进行建立链接,以捕获输入序列中不同尺寸中位置之间的依赖关系; 步骤S44:采用一个全连接层进一步调整动态位置编码;通过学习位置编码的权重和偏置参数,将位置信息与图像特征进行有效融合,最终获得带有动态表态位置编码的特征Fout,具体计算过程如公式所示: Fpos=LNF5×SoftmaxReshapeLNF3×LNF5 Fout=Finput+ReshapeFpos Fpos为学完位置特征后的特征;LN为线性层,F5为经过尺寸为5的可分离卷积后的特征,F3为经过尺寸为3的可分离卷积后的特征,Softmax是归一化函数,Reshape是变换形状,方便前后特征能够按正确的秩来乘; 步骤S45:将训练好的医学图像分割模型在验证集上进行测试,得到最终的检测准确率。
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