3D asymmetric expectation‐maximization attention network for brain tumor segmentation

计算机科学 分割 人工智能 最大化 块(置换群论) 模式识别(心理学) 计算 卷积神经网络 算法 数学 几何学 数学优化
作者
Jianxin Zhang,Zongkang Jiang,Dongwei Li,Qiule Sun,Yaqing Hou,Bin Liu
出处
期刊:NMR in Biomedicine [Wiley]
卷期号:35 (5) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/nbm.4657
摘要

Automatic brain tumor segmentation on MRI is a prerequisite to provide a quantitative and intuitive assistance for clinical diagnosis and treatment. Meanwhile, 3D deep neural network related brain tumor segmentation models have demonstrated considerable accuracy improvement over corresponding 2D methodologies. However, 3D brain tumor segmentation models generally suffer from high computation cost. Motivated by a recently proposed 3D dilated multi-fiber network (DMF-Net) architecture that pays more attention to reduction of computation cost, we present in this work a novel encoder-decoder neural network, ie a 3D asymmetric expectation-maximization attention network (AEMA-Net), to automatically segment brain tumors. We modify DMF-Net by introducing an asymmetric convolution block into a multi-fiber unit and a dilated multi-fiber unit to capture more powerful deep features for the brain tumor segmentation. In addition, AEMA-Net further incorporates an expectation-maximization attention (EMA) module into the DMF-Net by embedding the EMA block in the third stage of skip connection, which focuses on capturing the long-range dependence of context. We extensively evaluate AEMA-Net on three MRI brain tumor segmentation benchmarks of BraTS 2018, 2019 and 2020 datasets. Experimental results demonstrate that AEMA-Net outperforms both 3D U-Net and DMF-Net, and it achieves competitive performance compared with the state-of-the-art brain tumor segmentation methods.

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