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8.2 病灶检测与分割：精准识别医学影像异常区域

在上一章中，我们学习了UNet和TransUNet等医学图像分割的基础模型。本章将深入探讨病灶检测与分割这一关键任务，这是医学影像分析中的核心应用之一。病灶检测与分割的目标是从医学影像中准确识别出异常区域（如肿瘤、病变等），为临床诊断提供定量化的辅助信息。

病灶检测与分割的挑战

病灶检测与分割相比一般的图像分割任务面临更多挑战：

1. 病灶形态多样性

病灶在形状、大小、纹理等方面表现出极大的多样性，即使是同一类型的病灶在不同患者身上也可能呈现完全不同的外观。

2. 边界模糊不清

许多病灶与周围正常组织的边界并不清晰，这给精确分割带来了巨大挑战。

3. 数据不平衡

在医学影像中，病灶区域通常只占整个图像的很小一部分，导致正负样本严重不平衡。

病灶检测方法

病灶检测通常分为两个阶段：候选区域生成和病灶分类。

1. 基于滑动窗口的方法

importtorchimporttorch.nnasnnimporttorch.nn.functionalasFfromtorchvisionimporttransformsimportnumpyasnpclassSlidingWindowDetector(nn.Module):"""基于滑动窗口的病灶检测器"""def__init__(self,backbone_model,window_size=64,stride=32):""" 初始化滑动窗口检测器 Args: backbone_model: 骨干网络模型 window_size: 滑动窗口大小 stride: 滑动步长 """super(SlidingWindowDetector,self).__init__()self.backbone=backbone_model self.window_size=window_size self.stride=stride self.classifier=nn.Linear(512,2)# 二分类：正常/病灶defforward(self,x):""" 前向传播 Args: x: 输入图像张量 [B, C, H, W] Returns: 检测结果 """batch_size,channels,height,width=x.shape# 存储检测结果detections=[]# 滑动窗口检测foriinrange(0,height-self.window_size+1,self.stride):forjinrange(0,width-self.window_size+1,self.stride):# 提取窗口区域window=x[:,:,i:i+self.window_size,j:j+self.window_size]# 特征提取features=self.backbone(window)features=F.adaptive_avg_pool2d(features,(1,1)).flatten(1)# 分类logits=self.classifier(features)probabilities=F.softmax(logits,dim=1)# 保存检测结果detections.append({'bbox':[j,i,j+self.window_size,i+self.window_size],'confidence':probabilities[0,1].item(),# 病灶置信度'features':features})returndetections# 简单的CNN骨干网络classSimpleBackbone(nn.Module):"""简单骨干网络"""def__init__(self):super(SimpleBackbone