$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Заболеваемость раком щитовидной железы быстро росла с 1970 года, особенно среди женщин среднего возраста1. Узлы щитовидной железы могут предсказывать появление рака щитовидной железы, и большинство узлов щитовидной железы протекают бессимптомно2. Раннее выявление узлов щитовидной железы очень полезно при лечении рака щитовидной железы. Поэтому, согласно современным практическим рекомендациям, все пациенты с подозрением на узловой зоб при физикальном осмотре или с аномальными результатами визуализации должны пройти дальнейшее обследование 3,4.
УЗИ щитовидной железы (УЗИ) является распространенным методом, используемым для выявления и характеристики поражений щитовидной железы 5,6. США — это удобная, недорогая и безрадиационная технология. Тем не менее, на применение США легко влияет оператор 7,8. Такие особенности, как форма, размер, эхогенность и текстура узлов щитовидной железы, легко различимы на изображениях УЗИ. Хотя некоторые особенности УЗИ - кальцификаты, эхогенность и неровные границы - часто считаются критериями для выявления узлов щитовидной железы, наличие межнаблюдательной вариабельности неизбежно 8,9. Результаты диагностики рентгенологов с разным уровнем опыта отличаются. Неопытные радиологи чаще ставят неправильный диагноз, чем опытные радиологи. Некоторые характеристики УЗИ, такие как отражения, тени и эхо, могут ухудшить качество изображения. Это ухудшение качества изображения, вызванное характером визуализации УЗИ, затрудняет даже опытным врачам точное определение местоположения узелков.
Компьютерная диагностика (ИБС) узлов щитовидной железы быстро развивалась в последние годы и может эффективно уменьшить ошибки, вызванные различными врачами, и помочь радиологам быстро и точно диагностировать узлы10,11. Для анализа узлов щитовидной железы были предложены различные системы САПР на основе CNN, включая сегментацию12,13, обнаружение 14,15 и классификацию 16,17. CNN представляет собой многоуровневую модельобучения с учителем 18, а основными модулями CNN являются уровни свертки и объединения. Слои свертки используются для извлечения признаков, а слои пула — для даунсамплинга. Теневые сверточные слои могут извлекать первичные признаки, такие как текстура, края и контуры, в то время как глубокие сверточные слои изучают высокоуровневые семантические признаки.
CNN имели большой успех в области компьютерного зрения 19,20,21. Однако CNN не могут улавливать долгосрочные контекстуальные зависимости из-за ограниченного действительного рецептивного поля сверточных слоев. В прошлом магистральные архитектуры для классификации изображений в основном использовали CNN. С появлением Vision Transformer (ViT)22,23 эта тенденция изменилась, и теперь многие современные модели используют трансформаторы в качестве основы. Основываясь на неперекрывающихся участках изображения, ViT использует стандартный кодировщик-трансформатор25 для глобального моделирования пространственных отношений. Swin Transformer24 дополнительно вводит окна переключения передач для изучения функций. Окна сдвига не только повышают эффективность, но и значительно сокращают длину последовательности, потому что в окне рассчитывается внимание к себе. При этом взаимодействие между двумя соседними окнами может осуществляться посредством операции сдвига (перемещения). Успешное применение трансформатора Swin в компьютерном зрении привело к исследованию архитектур на основе трансформаторов для анализа ультразвуковых изображений26.
Недавно Ли и др. предложили подход к глубокому обучению28 для обнаружения папиллярного рака щитовидной железы, вдохновленный Faster R-CNN27. Faster R-CNN — это классическая архитектура обнаружения объектов на основе CNN. Оригинальный Faster R-CNN имеет четыре модуля: магистраль CNN, сеть региональных предложений (RPN), уровень пула ROI и головку обнаружения. Магистраль CNN использует набор базовых слоев conv+bn+relu+pooling для извлечения карт объектов из входного изображения. Затем карты объектов передаются в RPN и слой пула ROI. Роль сети RPN заключается в подготовке предложений по регионам. Этот модуль использует softmax для определения того, являются ли якоря положительными, и генерирует точные якоря путем регрессии ограничительной рамки. Слой пула ROI извлекает карты объектов предложений, собирая входные карты объектов и предложения, и передает карты объектов предложений в последующую головку обнаружения. Головка обнаружения использует карты признаков предложения для классификации объектов и получения точного положения блоков обнаружения путем регрессии ограничительных рамок.
В этой статье представлена новая сеть обнаружения узлов щитовидной железы под названием Swin Faster R-CNN, образованная путем замены основной цепи CNN в Faster R-CNN на Swin Transformer, что приводит к лучшему извлечению признаков для обнаружения узлов из ультразвуковых изображений. Кроме того, сеть пирамид признаков (FPN)29 используется для улучшения характеристик обнаружения модели для конкреций разного размера путем агрегирования признаков разных масштабов.