复现式机器学习课程设计：甲状腺结节超声图像的分割与分类

### 一、项目背景与目标 本项目涉及使用机器学习技术特别是卷积神经网络（CNN）来自动分割和分类甲状腺结节的超声波图像。CNN由于其在图像处理方面的突出性能，特别适合于此类图像识别任务。项目的目标是实现在甲状腺结节超声波图像上的自动分割和分类，并取得了2020年TN-SCUI挑战中分割任务的高分。 ### 二、关键技术点 #### 1. 卷积神经网络（CNN） CNN是一种深度学习模型，其架构特别适合处理具有网格拓扑结构的数据，如图像。它通过卷积层自动和适应性地学习空间层级特征，非常适合于图像识别与分类任务。 #### 2. 图像自动分割 图像分割是指将图像分割为多个部分或对象的过程。在本项目中，自动分割用于识别和提取甲状腺结节区域。对于医疗图像处理，这种技术能极大提高后续分析的准确性。 #### 3. 图像分类 分类是指将图像分配到不同类别的过程。在本项目中，通过CNN模型对分割后的甲状腺结节进行分类，区分良性和恶性结节。 ### 三、实施步骤 #### Step 0: 准备环境 在开始之前，需要安装所有必要的软件和库，包括但不限于Python、TensorFlow、Keras等，以及所有在`requirement.txt`文件中列出的依赖。 #### Step 1: 预处理 在`step1_preprocessing.m`脚本中，包含对图像数据的预处理过程。这些步骤可能包括调整图像大小、归一化、增强对比度等，以提高训练数据的质量和模型的泛化能力。 #### Step 2: 训练与验证CNN模型 `step2_TrainAndValidate.py`脚本负责训练CNN模型，并在训练集上进行交叉验证。这一阶段的结果通常包括模型训练过程中的准确率、损失值等指标的记录。 #### Step 3: 测试模型 通过`step3_TestOrInference.py`脚本，可以在新的原始图像数据集上进行模型测试，验证模型在实际应用中的表现。测试过程一般包括计算模型在测试集上的精度、召回率等性能指标。 #### Step 4 (可选): 合并结果 如果存在多个模型或者需要合并不同模型的结果，`step4_Merge.py`脚本将用于合并模型的输出，以得到最终的决策或预测。 ### 四、数据集与评估指标 #### 数据集 项目使用的数据集包括甲状腺结节的超声波图像，分为训练集和测试集。这些数据集应经过严格筛选和标注，以保证模型的训练和测试效果。 #### 评估指标 评估模型性能的指标通常包括像素级的分割质量评估（如loU，即交并比）和分类准确率等。本项目的分割任务loU达到82.54%。 ### 五、文档与论文分析 #### README.md 此文件通常包含项目的基本信息、如何安装环境、如何运行脚本等指南。 #### README_zch.md 此为README文件的中文版本，为不熟悉英文的用户提供方便。 #### ML大作业论文分析.md 可能包含对本项目的详细分析，包括实施过程的解析、关键技术的讨论，以及与相关研究的比较。 #### 其他文件 `download_DDTI.py`可能是一个用于下载数据集的脚本；`pic`文件夹可能包含相关的图像数据；`step2to4_train_validate_inference`文件夹可能包含训练、验证和推理的详细脚本。 ### 六、可复现性 本项目强调可复现性，意味着任何研究人员或学生都可以通过提供的源代码和文档，按步骤复现整个项目。这不仅有利于学术交流，也便于他人验证和改进研究成果。 ### 七、应用场景 自动分割与分类甲状腺结节超声波图像的技术在医疗领域具有重要的应用前景。它可以帮助医生更准确、更快速地诊断甲状腺结节，提高诊断效率和质量，为患者的治疗提供科学依据。 ### 八、总结 本项目通过利用先进的卷积神经网络技术，成功地在甲状腺结节超声波图像分割和分类任务中取得了突破。通过详细的实施步骤，确保了研究成果的可复现性，为后续研究提供了重要的参考。同时，本项目的成功实施也将推动医疗图像处理技术在实际应用中的进一步发展。