1.一种基于MSLQA-Net的轻量化脑肿瘤分割方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:S1:预处理脑部MRI数据,将数据划分为训练集,验证集和测试集;
S2:构建多尺度分解残差卷积模块(MSDRC)进行特征提取,构成多级次特征图;
S2.1:采用三种大小的卷积核构建三个特征提取分支;
S2.2:在各个分支上对特征进行分解和细化;
S2.3:将三个分支的特征进行融合,构建多尺度分解残差卷积模块;
其中,S2.2包括以下步骤:
将一个传统的3D卷积核分解为两个伪3D卷积核的连接,在两个被分解的卷积块之间,利用残差连接以防止特征在提取过程中的信息丢失;
S3:构建跨层特征聚合模块(CLFA),对多级次特征图进行高效聚合,得到聚合特征图;
S3.1:将浅层与中层特征进行聚合,生成初步聚合特征;
S3.2:将中层、初步聚合以及深层特征进一步聚合,构建跨层特征聚合模块;
S4:构建四重维度注意力模块(QDA),对聚合后的特征图进一步细化,得到细化特征图;
S4.1:将输入特征沿不同方向进行转置,形成四个分支;
S4.2:在四个分支上分别对四个维度进行注意力建模,生成增强后特征;
S4.3:将四个分支增强后特征进行融合,构建四重维度注意力模块;
其中,S4.2包括以下步骤:
在轴位、冠状位、矢状位和通道四个维度上建模注意力,四个分支分别进行注意力建模,通过平均池化和标准差池化对输入特征进行池化操作,得到两个池化结果,并将它们进行自适应聚合,生成新的特征张量;
S5:融合多尺度分解残差卷积,跨层特征聚合及四重维度注意力模块,构建MSLQA-Net分割模型;
S6:使用训练集,验证集和测试集对分割模型进行训练,验证优化及测试。
2.根据权利要求1所述的一种基于MSLQA-Net的轻量化脑肿瘤分割方法,其特征在于,S1包括以下步骤:S1.1:对输入数据进行标准化、裁剪、数据增强的预处理;
S1.2:将预处理后的数据划分成训练集、验证集以及测试集。
3.根据权利要求1所述的一种基于MSLQA-Net的轻量化脑肿瘤分割方法,其特征在于,S2包括以下步骤:S2.1:采用三种大小的卷积核构建三个特征提取分支;
S2.2:在各个分支上对特征进行分解和细化;
S2.3:将三个分支的特征进行融合,构建多尺度分解残差卷积模块;
其中,S2.2包括以下步骤:
将一个传统的3D卷积核分解为两个伪3D卷积核的连接,在两个被分解的卷积块之间,利用残差连接以防止特征在提取过程中的信息丢失,最后通过一个1×1×1的卷积进一步细化特征,特征提取过程具体的方式为:Fi=Conv1×1×1(Conv1×i×i(Convi×i×1(F))+Convi×i×1(F))其中,S2.3包括以下步骤:
将三个分支的特征进行逐像素相加融合,该操作具体的方式为:Fout=Fi1+Fi2+Fi3
Fout为模块的输出。
4.根据权利要求1所述的一种基于MSLQA-Net的轻量化脑肿瘤分割方法,其特征在于,S3包括以下步骤:S3.1:将浅层与中层特征进行聚合,生成初步聚合特征;
S3.2:将中层、初步聚合以及深层特征进一步聚合,构建跨层特征聚合模块;
其中,S3.1包括以下步骤:
对浅层特征Fs和中层特征Fc使用卷积操作,将浅层特征映射到与Fc相同尺寸的特征图,然后与Fc逐像素相加,并通过卷积操作整合特征并减少通道数,使用Sigmoid操作计算图像注意力,最后通过逐元素相乘将注意力图分配在Fc图像上,该操作具体的方式为:其中,σ1表示Relu操作,σ2表示Sigmoid操作,中i表示卷积核大小,m表示输入通道数,n表示输出通道数,Fc’为融合后特征;
其中,S3.2包括以下步骤:
对Fc’,Fc和Fd使用卷积操作,将Fc’和Fc映射到与Fd相同尺寸的特征图,然后将Fc’,Fc和Fd逐像素相加,并通过卷积操作整合特征并减少通道数,将特征图进行转置卷积以保证输出和输入特征图大小一致,使用Sigmoid操作计算图像注意力,最后将注意力图分配在Fc’图像上,计算流程如下所示:其中,ConvTrans为转置卷积,Fc”为最终融合结果。
5.根据权利要求1所述的一种基于MSLQA-Net的轻量化脑肿瘤分割方法,其特征在于,S4包括以下步骤:S4.1:将输入特征沿不同方向进行转置,形成四个分支;
S4.2:在四个分支上分别对四个维度进行注意力建模,生成增强后特征;
S4.3:将四个分支增强后特征进行融合,构建四重维度注意力模块;
其中,S4.2包括以下步骤:
在轴位、冠状位、矢状位和通道四个维度上建模注意力,四个分支分别进行注意力建模,输入特征为FA,通过平均池化和标准差池化对特征进行池化操作,得到两个池化结果Favg和Fstd,并将它们进行自适应聚合,生成新的特征张量FA’,该操作具体的方式为:Favg=AvgPool(FA),Fstd=StdPool(FA)其中α和β是(0,1)范围内的可训练参数,通过卷积来捕获为维度中特征之间的相互作用,随后使用Sigmoid激活函数来生成轴位方向上注意力权重AA,最后,将注意力权重AA通过逐元素乘法运算在FA’上,从而得到轴位上增强后的特征图该操作具体的方式为:FA”=Conv(FA’)
AA=σ(FA”)
σ表示Sigmoid操作,⊙表示逐像素相乘,其他三个分支的操作与轴位方向的处理相同,分别在冠状位、矢状位和通道维度上进行注意力建模,最后将注意力图应用于对应的特征图,以生成增强后的特征;
其中,S4.3包括以下步骤:
四个分支通过平均求和操作融合得到模块的输出,该操作具体的方式为:其中,和分别表示为在冠状位、矢状位以及通道方向上注意力增强后的特征,F’表示整个模块的输出。
6.根据权利要求1所述的一种基于MSLQA-Net的轻量化脑肿瘤分割方法,其特征在于,S5包括以下步骤:以3D U型网络作为基础架构,将多尺度分解残差卷积模块嵌入在编码器和解码器中提取特征,在跳跃连接中加入跨层特征聚合模块聚合多层特征,在解码器中使用四重维度注意力模块对聚合后的特征进行增强,构成MSLQA-Net模型。
7.根据权利要求1所述的一种基于MSLQA-Net的轻量化脑肿瘤分割方法,其特征在于,S6包括以下步骤:使用训练集和验证集对模型进行训练及验证优化,得到最优模型权重,然后使用测试集对模型进行测试。