基于多任务学习的轻量级卷积神经网络在肺部危及器官自动分割中的应用研究

作者：张婕; 杨一威; 邵凯南; 白雪; 方敏; 单国平; 陈明^*

来源：中华放射肿瘤学杂志, 2021, 30(09): 917-923.

• 多任务学习
• 轻量级卷积神经网络
• 自动勾画
• 危及器官

目的研究基于多任务学习轻量级卷积神经网络(MTLW-CNN)在肺部危及器官(OAR)自动分割中的应用。方法 MTLW-CNN包含多个特征共享层和OAR的对应勾画分支。收集497例肺癌病例, 以同时包含肺、心脏和脊髓的CT及医生勾画的轮廓为样本, 随机划分300例用于训练与验证, 197例用于测试。在测试集应用MTLW-CNN计算OAR的戴斯相似性系数(DSC), 与Unet、DeepLabv3+的DSC、训练及测试时长、空间复杂度(S)进行对比。为研究多任务学习对模型泛化性能的影响, 按照MTLW-CNN结构建立3个OAR的单任务学习模型(STLW-CNN), 使用相同数据训练与测试, 统计并对比两者DSC。结果 MTLW-CNN的肺、心脏、脊髓DSC平均值分别为0.954、0.921、0.904。与Unet、DeepLabv3+的DSC差距<0.020, 训练与测试时长是Unet、DeepLabv3+的1/3～1/30, S分别为Unet、DeepLabv3+的1/42、1/1220。STLW-CNN的肺、心脏DSC平均值、标准差与MTLW-CNN差距约为0.005、0.002, 脊髓平均值相差0.001, 但标准差却比MTLW-CNN高0.014。结论 MTLW-CNN以更小的时间、空间代价实现肺部OAR的高精度自动勾画, 不仅可以提高模型应用效率, 还有利于提高模型的泛化性能。

• 单位
  浙江省肿瘤医院; 中国科学院大学