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Fundus Retinal Vessels Image Segmentation Method Based on Improved U-Net - 07/12/22

Doi : 10.1016/j.irbm.2022.03.001 
J. Han, Y. Wang , H. Gong
 Smart City College, Beijing Union University, Beijing 100101, China 

Corresponding author.

Abstract

Objectives

Although the segmentation of retinal vessels in the fundus is of great significance for screening and diagnosing retinal vascular diseases, it remains difficult to detect the low contrast and the information around the lesions provided by retinal vessels in the fundus and to locate and segment micro-vessels in the fine-grained area. To overcome this problem, we propose herein an improved U-Net segmentation method NoL-UNet.

Material and methods

This work introduces NoL-UNet. First of all, the ordinary convolution block of the U-Net network is changed to random dropout convolution blocks, which can better extract the relevant features of the image and effectively alleviate the network overfitting. Next, a NoL-Block attention mechanism added to the bottom of the encoding-decoding structure expands the receptive field and enhances the correlation of pixel information without increasing the number of parameters.

Results

The proposed method is verified by applying it to the fundus image datasets DRIVE, CHASE_DB1, and HRF. The AUC for DRIVE, CHASE_DB1 and HRF is 0.9861, 0.9891 and 0.9893, Se for DRIVE, CHASE_DB1 and HRF is 0.8489, 0.8809 and 0.8476, and the Acc for DRIVE, CHASE_DB1 and HRF is 0.9697, 0.9826 and 0.9732, respectively. The total number of parameters is 1.70M, and for DRIVE, it takes 0.050s to segment an image.

Conclusion

Our method is statistically significantly different from the U-Net method, and the improved method shows superior performance with better accuracy and robustness of the model, which has good practical application in auxiliary diagnosis.

Il testo completo di questo articolo è disponibile in PDF.

Graphical abstract

1. Developed computer-aided diagnosis of retinal vascular system for eye diseases. 2. Neural network based on improved attention mechanism to improve the accuracy and robustness of segmentation. 3. Segment retinal blood vessels from DRIVE, CHASE_DB1, and HRF images.

Il testo completo di questo articolo è disponibile in PDF.

Highlights

The improved convolution blocks can better extract feature and alleviate overfitting.
The attention expands the receptive field and enhances the correlation of pixel.
The model is lighter and has fewer parameters, which reduces the inference time.
The model has better accuracy, and is practical for computer-aided diagnosis.

Il testo completo di questo articolo è disponibile in PDF.

Keywords : U-Net, Fundus retinal blood vessels, Non-local, Attention mechanism, Medical image segmentation


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 This work was supported in part by the National Natural Science Foundation of China under Grant 61872042 and 61572077; in part by the Key Project of Science and Technology Plan of Beijing Municipal Education Commission under Grant KZ201911417048.


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Vol 43 - N° 6

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