Publication:
A dual convolutional neural network with u-net and multi-residual network for medical image segmentation

cris.virtual.department#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.departmentd808d1b3-a654-4a41-95e3-418b359b5ce2
cris.virtualsource.orcidd808d1b3-a654-4a41-95e3-418b359b5ce2
dc.contributor.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#en_US
dc.contributor.authorNisa, Syed Qamrun
dc.contributor.supervisorAmelia Ritahani Ismail, Ph.D
dc.contributor.supervisorMohd. Adli Md. Ali, Ph.D
dc.date.accessioned2024-10-08T07:38:30Z
dc.date.available2024-10-08T07:38:30Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractMedical image segmentation is a growing field in medical image analysis. The segmentation of diseases, organs, or abnormalities in medical images has become demanding for the analysis of medical images. It is an essential task in medical image analysis for the identification of disease, treatment planning, and observation. Segmentation is a challenging job because of the numerous artifacts present in the medical images. Over the past few years, convolutional neural networks (CNNs) have shown outstanding performance in the segmentation of images. U-Net is a convolutional neural network, that has achieved excellent performance in the segmentation of medical images. Despite the outstanding performance of the U-Net and variants of U-Net, these architectures have certain limitations and are not sufficient for the segmentation of medical images. U-Net has an overfitting problem, a vanishing gradient issue, and it has a small receptive field. This thesis proposes an architecture, A Dual Convolutional Neural Network with U-Net and Multi-Residual Network for medical image segmentation to improve the segmentation. The proposed architecture consists of two networks. One network is U-Net, which uses pre-trained Resnet_50 as an encoder and the second network is MultiRes U-net. The residual block in the proposed architecture solves the vanishing gradient issue. Atrous spatial pyramid pooling (ASPP) block is used in both networks that increase the receptive field to capture more information. The proposed architecture is evaluated on three medical datasets: gastrointestinal polyp dataset, brain tumor dataset, and dental dataset. The gastrointestinal polyp dataset and brain tumor dataset are publicly available open-access dataset and is used by researchers for the segmentation. The dental dataset is collected from the Oral Radiology Unit, Kulliyyah of Dentistry, International Islamic University Malaysia. Data augmentation is applied to the training set to increase the dataset which will help to reduce the overfitting problem and improve the performance of the segmentation. The result of a proposed architecture, A Dual Convolutional Neural Network with U-Net and Multi-Residual Network, for medical image segmentation is compared to the existing architectures: FCN, U-Net, and Unet_Resnet. The performance of the proposed architecture is evaluated in terms of Dice Similarity Coefficient (DSC), Intersection over Union (IOU), Precision, and Recall. The experimental results show that the proposed architecture, A Dual Convolutional Neural Network with U-Net and Multi-Residual Network achieves higher DSC, IOU, Precision, and Recall for the segmentation of the gastrointestinal polyp dataset, dental dataset, and brain tumor dataset and outperforms the existing segmentation architectures.en_US
dc.description.abstractarabicتعد تجزئة الصور الطبية مجالا متناميا في تحليل الصور الطبية. أصبحت تجزئة الأمراض والأعضاء والشذوذ في هذا المجال أكثر تطلبا من أجل تحليل الصور الطبية. وهي مهمة أساسية في تحليل الصور الطبية للتعرف على الأمراض وتخطيط العلاج والملاحظة. كانت التجزئة وظيفة صعبة بسبب العديد من الآثار الموجودة في الصور الطبية. خلال السنوات القليلة الماضية، أظهرت الشبكات العصبية الإلتفافية (CNNs) أداء متميزا في تجزئة الصور. U-Net هي شبكة عصبية إلتفافية التي قد حصلت على أداء ممتاز في تجزئة الصور الطبية. وعلى الرغم من الأداء المتميز عند U-Net وأنواعها، لكن تلك البنية لها حدود معينة وليست كافية لتدقيق عمل تجزئة الصور الطبية. ويوجد عند U-Net مشكلة إفراط في التدريب وتدرج التلاشي وحقل استقبال صغير. طرحت هذه الرسالة بنية وهي شبكة العصبية الإلتفافية الثنائية (A Dual Convolutional Neural Network) التي تحتوي على U-Net و Multi-Residual Network من أجل تجزئة الصورة الطبيةـ وتهدف لتحسين التجزئة. تتكون هذه البنية من الشبكتين وهما U-Net التي تستخدم Resnet_50 مدربا مسبقا كالتشفير والشبكة الأخرى هي MultiRes U-Net. الكتلة المتبقية في البنية المقترحة تحلل مشكلة المشقة المتلاشية. يستخدم تجميع الهرم المكاني الافتراضي ASPP في هاتين الشبكتين اللتين رفعتا حقل الاستقبال لتحصيل المزيد من المعلومات. يتم تقسيم البنية المقترحة إلى ثلاث مجموعات من البيانات الطبية وهي: مجموعة بيانات البوليبات المعدية المعوية، ومجموعة بيانات الورم الدماغي ومجموعة بيانات الأسنان. تتوفر مجموعة بيانات البوليبات المعدية المعوية ومجموعة بيانات أورام المخ المفتوحة المصدر والمتاحة للجميع ويستخدمها الباحثون للتجزئة. وتم جمع مجموعة بيانات الأسنان من وحدة أشعة الفم، كلية طب الأسنان، في الجامعة الإسلامية العالمية بماليزيا. تتم تطبيق زيادة البيانات على مجموعة التدريب لإضافة البيانات التي ستساعد في تخفيض مشكلة الإفراط في التدريب وتحسين أداء التجزئة. تقارن نتيجة البنية المقترحة لصور التجزئة الطبية وهي الشبكة العصبية الإلتفافية الثنائية مع U-Net و Multi-Residual Network بالبنية الحالية وهي FCN، U-Net و Unet_Resnet. يقَيّم أداء البنية المقترحة من ناحية معامل دايس للتشابه (DSC)، و التقاطع على الاتحاد (IOU)، والدقة والاسترداد. وتبين نتائج التجربة للبنية المقترحة بأن الشبكة العصبية الإلتفافية الثنائية مع U-Net وMulti-Residual Network تحصل على أفضل DSC، IOU، ودقة والاسترداد لتجزئة مجموعة بيانات البوليبات المعدية المعوية، ومجموعة بيانات الورم الدماغي ومجموعة بيانات الأسنان وتتفوق على بنية التجزئة الحالية.
dc.description.callnumberet TA 1637 N72D 2024
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.myen_US
dc.description.degreelevelDoctoral
dc.description.funderIIUM SEJAHTERA AWARD
dc.description.holdThis thesis is under embargo by the author until March 2025.en_US
dc.description.identifierThesis : A dual convolutional neural network with u-net and multi-residual network for medical image segmentation /by Syed Qamrun Nisa
dc.description.kulliyahKulliyyah of Information and Communication Technology (KICT)
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2024.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xiv, 133 leaves) : color illustrations ; 30 cm.
dc.description.programmeDoctor of Philosophy in Computer Scienceen_US
dc.holdsOpen Access
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/9389
dc.language.isoen
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Information and Communication Technology, International Islamic University Malaysia, 2024
dc.rightsOwned By IIUM
dc.subjectConvolutional Neural Networks (CNNs); U-Net;Squeeze and Excitation (SE); Segmentation;Multi-Residual Networken_US
dc.subject.lcshImage processing -- Digital techniques
dc.subject.lcshNeural networks (Computer science)
dc.subject.lcshDiagnostic imaging -- Digital techniques
dc.titleA dual convolutional neural network with u-net and multi-residual network for medical image segmentation
dc.typeDoctoral Theses
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
ns_dual_convolutional_phd.pdf
Size:
3.09 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text