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Scientific Reports来源发表:

视网膜分级不再只看原图:增强病灶与血管图分两路,糖网五级分期准确率93.32%

核心概要

视网膜疾病分级此前多依赖原始彩色眼底图,低对比病灶和细血管容易被光照与噪声淹没。F2D-RetinaNet把增强后的绿通道与血管图分成两条支路分别学习,再融合成一次分级决策。在APTOS 2019的糖网五级分期上准确率为93.32%,比只用RGB图像的基线高3.25个百分点;在严格排除重叠图像的外部DREAM-RFI集上准确率为87.14%。

Source-provided article image: F2D-RetinaNet: a feature-to-decision dual-path network with fractional operators for retinal disease detection and grading
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深度剖析

视网膜疾病的分级决策改为同时读取两幅图:一幅是增强后的绿通道,一幅是从同一张眼底图提取的血管图。 此前的模型大多只输入原始RGB眼底图,低对比区域的早期病灶和细血管难以同时呈现。 在APTOS 2019的糖网五级分期上,双支路配置准确率为93.32%,只用RGB图像的基线为90.07%,相差3.25个百分点。

两幅图各走一条支路:增强图经DenseNet-169,血管图经ResNet-50,特征拼接后由融合模块输出分级。 增强环节用分数阶各向异性扩散替代常规平滑,在绿通道上做长记忆扩散,再叠加CLAHE、双边滤波与锐化。 在200张FIVES测试图上,完整增强流程的对比噪声比显著高于仅用CLAHE的基线;把常规各向异性扩散换成分数阶版本,准确率再提高约1.5%。

血管图由FHAU-Net生成,它把八个分数阶的Hessian血管响应与增强图拼成9通道输入,交给带注意力门控的U-Net。 单一分数阶只能覆盖部分血管尺度,细血管与大血管难以兼顾。 在合并DRIVE、STARE、CHASE_DB1、HRF、FIVES共913张图的统一测试集上,Dice为0.8987、敏感度0.9084、特异度0.9876;留一数据集测试的Dice在0.7411到0.8009之间。

启示与展望

评估覆盖APTOS 2019的检测与五级分期、FIVES的四类疾病分类,以及排除重叠图像后的DREAM-RFI外部集2156张图。临床可行性只在SMS Hospital Jaipur的19张回顾性眼底图上做了初步观察,其中16张分类正确。作者提出后续需要更大规模、前瞻性采集的临床数据来验证。

作者说明各数据集标注规范未统一,观察者间分歧给跨数据集分割性能设了上限。轻度与重度NPDR因样本少更易错分,轻度NPDR也常被误判为无糖网。Grad-CAM仅作基本透明性展示,未经定量忠实性分析或眼科专家评估。