医学图像分割系统unet

### 开发与实现基于U-Net的医学图像分割系统

#### 构建数据集
构建高质量的数据集对于训练有效的U-Net模型至关重要。这涉及到收集大量的标记过的医学影像图片，这些图片应该覆盖尽可能多的情况以确保泛化能力良好[^1]。

import os
from skimage import io, transform
import numpy as np

def load_data(data_path):
    images = []
    masks = []

    image_dir = os.path.join(data_path, 'images')
    mask_dir = os.path.join(data_path, 'masks')

    for filename in os.listdir(image_dir):
        img = io.imread(os.path.join(image_dir, filename))
        img = transform.resize(img, (IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH), mode='constant', preserve_range=True)
        images.append(img)

        mask = io.imread(os.path.join(mask_dir, filename.split('.')[0]+'.png'))
        mask = np.expand_dims(transform.resize(mask, (IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH), mode='constant', preserve_range=True), axis=-1)
        masks.append(mask)

    images = np.array(images).astype(np.float32)
    masks = np.array(masks).astype(np.bool)

    return images, masks

#### 设计U-Net架构
U-Net是一种特殊的卷积神经网络结构，它通过跳跃连接将编码器路径中的特征图传递给解码器路径，从而保留空间信息并提高分割精度。

from tensorflow.keras.models import Model
from tensorflow.keras.layers import Input, Conv2D, MaxPooling2D, Dropout, concatenate, UpSampling2D

def unet(input_size=(IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH, IMG_CHANNELS)):
    inputs = Input(input_size)
    
    conv1 = Conv2D(64, 3, activation = 'relu', padding = 'same')(inputs)
    pool1 = MaxPooling2D(pool_size=(2, 2))(conv1)
    
    # 更深层次...
    
    up8 = concatenate([UpSampling2D(size =(2, 2))(conv9), conv1], axis=3)
    conv8 = Conv2D(64, 3, activation = 'relu', padding = 'same')(up8)
    
    outputs = Conv2D(1, 1, activation='sigmoid')(conv8)
    
    model = Model(inputs=[inputs], outputs=[outputs])
    
    return model

#### 训练过程配置
为了使U-Net更好地适应特定的任务需求，在编译阶段可以指定损失函数、优化算法以及其他超参数设置；而在实际训练过程中，则需考虑批量大小(batch size)的选择以及迭代次数(epoch number)等因素的影响。

model.compile(optimizer='adam',
              loss='binary_crossentropy',
              metrics=['accuracy'])

history = model.fit(X_train, Y_train,
                    validation_split=0.1,
                    batch_size=BATCH_SIZE,
                    epochs=EPOCHS)

#### 测试评估性能
当完成了上述步骤之后就可以利用测试集来验证所建立起来的U-Net模型的效果如何了。这里可以通过计算Dice系数或者其他评价指标来进行定量分析，并观察预测结果的质量是否满足预期目标。