nnUNet V2修改网络——暴力替换网络为Swin-Unet

更换前,要用nnUNet V2跑通所用数据集,证明nnUNet V2、数据集、运行环境等没有问题

阅读nnU-Net V2 的 U-Net结构,初步了解要修改的网络,知己知彼,修改起来才能游刃有余。

Swin-Unet是一种基于纯Transformer的U型编码器-解码器架构,专为医学图像分割任务设计。传统方法主要依赖卷积神经网络(CNN),尤其是U-Net及其变体,通过局部卷积操作和跳跃连接提取多尺度特征。然而,卷积的局部性限制了模型对全局语义信息和长程依赖的建模能力。为此,Swin-Unet创新性地引入分层Swin Transformer作为核心模块,利用移位窗口机制实现局部到全局的自注意力计算,从而有效捕获上下文特征。编码器通过块合并层逐步下采样并扩展特征维度,而对称的解码器则采用专门设计的块扩展层进行上采样,避免传统插值或转置卷积操作,同时通过跳跃连接融合编码器多尺度特征以恢复空间细节。实验表明,该方法在Synapse多器官CT数据集和ACDC心脏MRI数据集上均取得领先性能,尤其在边缘精度(Hausdorff距离)上显著优于现有CNN及混合架构模型。

Swin-Unet网络结构

Swin-Unet论文:arxiv
Swin-Unet官方代码:点此查看

### nnUNet 网络架构详解 #### 1. 总体概述 nnUNet 是一款专为医疗图像分割设计的深度学习模型,在多个公开数据集中展现了卓越性能[^3]。此模型不仅能够自动调整其内部参数以适应不同类型的输入数据,还提供了高度可定制化的框架供研究人员探索。 #### 2. 架构特点 - **自适应性强**:无需手动调节超参数即可达到优秀的表现; - **易于使用**:即使是没有深厚机器学习背景的人也能快速上手操作; - **模块化设计**:允许用户针对特定需求修改某些组件而不影响整体功能。 #### 3. 主要组成部分 ##### 数据预处理阶段 在正式进入神经网络之前,原始医学影像会经历一系列标准化流程,包括但不限于重采样(resampling),裁剪(cropping), 归一化(normalization)等步骤来确保所有样本具有相似特性以便于后续计算过程中的稳定性和准确性提升. ##### 编码器(Encoder) 编码器负责提取特征图谱,通常由若干个`StackedConvBlocks`构成,每个block内含两个连续执行的操作单元——卷积(Convolution)+实例归一化(Instance Normalization)+Leaky ReLU激活函数组合而成,这样的结构有助于捕捉局部空间关系并减少过拟合风险[^4]: ```python class StackedConvBlock(nn.Module): def __init__(self, input_channels, output_channels): super(StackedConvBlock, self).__init__() self.conv_block = nn.Sequential( nn.Conv3d(input_channels, output_channels, kernel_size=3, padding=1), nn.InstanceNorm3d(output_channels), nn.LeakyReLU(inplace=True), nn.Conv3d(output_channels, output_channels, kernel_size=3, padding=1), nn.InstanceNorm3d(output_channels), nn.LeakyReLU(inplace=True) ) def forward(self, x): return self.conv_block(x) ``` ##### 解码器(Decoder) 解码器通过逐步放大分辨率恢复到原尺寸的同时引入跳跃连接(Skip Connection)将低层次的空间位置信息传递给高层次语义表达区域,从而增强最终预测结果的质量[^1]. 这种U形架构使得模型能够在保持全局上下文感知能力的前提下更加精准地定位目标边界. ##### 后处理(Post-processing) 完成推理之后还需要经过一轮简单的形态学运算去除噪声点以及平滑轮廓线条使输出看起来更为自然美观.
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