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基於深度學習的腦腫瘤檢測系統演示與介紹(YOLOv12/v11/v8/v5模型+Pyqt5界面+訓練代碼+數據集)

視頻演示

基於深度學習的腦腫瘤檢測系統演示

1. 前言​

腦腫瘤作為一種常見的神經系統疾病,其早期精準識別對臨牀診療方案的制定及預後評估具有重要意義。近年來,計算機斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI)等醫學影像技術為腦腫瘤的診斷提供了重要依據,但傳統影像分析高度依賴醫師經驗,存在診斷週期長、主觀差異大等問題。隨着人工智能與醫學影像分析的深度融合,基於深度學習的目標檢測技術為腦腫瘤的自動化檢測提供了新的技術路徑。

在眾多深度學習模型中,YOLO(You Only Look Once)系列算法以其良好的實時性與準確性,在醫學影像目標檢測任務中展現出顯著優勢。本研究基於YOLO算法框架,構建了一套端到端的腦腫瘤智能檢測系統。該系統可實現醫學影像中腦腫瘤區域的自動識別與定位,具備以下核心功能:

  1. 多源數據兼容:支持靜態影像、動態視頻序列、批量影像文件及實時攝像頭畫面的輸入與處理;

  2. 交互化參數調節:用户可動態調整置信度閾值與交併比參數,以平衡檢測敏感性與準確性;

  3. 可視化分析界面:集成檢測結果可視化展示、目標類別統計分析、檢測詳情查看及數據篩選功能;

  4. 全流程模型支持:系統提供預訓練模型調用接口,並支持基於用户數據集的模型再訓練與優化;

  5. 模塊化部署能力:除圖形界面交互外,系統提供腳本化調用接口,便於與現有醫學影像平台集成。

本系統採用PyQt框架開發交互界面,結合PyTorch深度學習框架實現檢測算法,在保證系統易用性的同時,兼顧了檢測效率與準確性。測試結果表明,系統在多種腦腫瘤影像數據中均能實現穩定檢測,平均檢測準確率達到臨牀輔助診斷要求,檢測耗時滿足實際應用場景需求。

本研究的開展,旨在為腦腫瘤的智能化篩查提供一套可操作、可擴展的技術解決方案,併為深度學習在醫學影像分析中的落地應用提供實踐參考。下文將圍繞系統架構設計、功能實現、實驗驗證與結果分析展開詳細闡述。

2. 項目演示

2.1 用户登錄界面

登錄界面佈局簡潔清晰,左側展示系統主題,用户需輸入用户名、密碼及驗證碼完成身份驗證後登錄系統。

3

2.2 新用户註冊

註冊時可自定義用户名與密碼,支持上傳個人頭像;如未上傳,系統將自動使用默認頭像完成賬號創建。

ScreenShot_2025-12-14_191721_374

2.3 主界面佈局

主界面採用三欄結構,左側為功能操作區,中間用於展示檢測畫面,右側呈現目標詳細信息,佈局合理,交互流暢。

2

2.4 個人信息管理

用户可在此模塊中修改密碼或更換頭像,個人信息支持隨時更新與保存。

ScreenShot_2025-12-14_191837_086

2.5 多模態檢測展示

系統支持圖片、視頻及攝像頭實時畫面的目標檢測。識別結果將在畫面中標註顯示,並在下方列表中逐項列出。點擊具體目標可查看其類別、置信度及位置座標等詳細信息。

1

2.6 多模型切換

系統內置多種已訓練模型,用户可根據實際需求靈活切換,以適應不同檢測場景或對比識別效果。

ScreenShot_2025-12-14_191856_604

3.模型訓練核心代碼

本腳本是YOLO模型批量訓練工具,可自動修正數據集路徑為絕對路徑,從pretrained文件夾加載預訓練模型,按設定參數(100輪/640尺寸/批次8)一鍵批量訓練YOLOv5nu/v8n/v11n/v12n模型。

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
該腳本用於執行YOLO模型的訓練。

它會自動處理以下任務:
1. 動態修改數據集配置文件 (data.yaml),將相對路徑更新為絕對路徑,以確保訓練時能正確找到數據。
2. 從 'pretrained' 文件夾加載指定的預訓練模型。
3. 使用預設的參數(如epochs, imgsz, batch)啓動訓練過程。

要開始訓練,只需直接運行此腳本。
"""
import os
import yaml
from pathlib import Path
from ultralytics import YOLO

def main():
    """
    主訓練函數。
    
    該函數負責執行YOLO模型的訓練流程,包括:
    1. 配置預訓練模型。
    2. 動態修改數據集的YAML配置文件,確保路徑為絕對路徑。
    3. 加載預訓練模型。
    4. 使用指定參數開始訓練。
    """
    # --- 1. 配置模型和路徑 ---
    
    # 要訓練的模型列表
    models_to_train = [
        {'name': 'yolov5nu.pt', 'train_name': 'train_yolov5nu'},
        {'name': 'yolov8n.pt', 'train_name': 'train_yolov8n'},
        {'name': 'yolo11n.pt', 'train_name': 'train_yolo11n'},
        {'name': 'yolo12n.pt', 'train_name': 'train_yolo12n'}
    ]
    
    # 獲取當前工作目錄的絕對路徑,以避免相對路徑帶來的問題
    current_dir = os.path.abspath(os.getcwd())
    
    # --- 2. 動態配置數據集YAML文件 ---
    
    # 構建數據集yaml文件的絕對路徑
    data_yaml_path = os.path.join(current_dir, 'train_data', 'data.yaml')
    
    # 讀取原始yaml文件內容
    with open(data_yaml_path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        data_config = yaml.safe_load(f)
    
    # 將yaml文件中的 'path' 字段修改為數據集目錄的絕對路徑
    # 這是為了確保ultralytics庫能正確定位到訓練、驗證和測試集
    data_config['path'] = os.path.join(current_dir, 'train_data')
    
    # 將修改後的配置寫回yaml文件
    with open(data_yaml_path, 'w', encoding='utf-8') as f:
        yaml.dump(data_config, f, default_flow_style=False, allow_unicode=True)
    
    # --- 3. 循環訓練每個模型 ---
    
    for model_info in models_to_train:
        model_name = model_info['name']
        train_name = model_info['train_name']
        
        print(f"\n{'='*60}")
        print(f"開始訓練模型: {model_name}")
        print(f"訓練名稱: {train_name}")
        print(f"{'='*60}")
        
        # 構建預訓練模型的完整路徑
        pretrained_model_path = os.path.join(current_dir, 'pretrained', model_name)
        if not os.path.exists(pretrained_model_path):
            print(f"警告: 預訓練模型文件不存在: {pretrained_model_path}")
            print(f"跳過模型 {model_name} 的訓練")
            continue
        
        try:
            # 加載指定的預訓練模型
            model = YOLO(pretrained_model_path)
            
            # --- 4. 開始訓練 ---
            
            print(f"開始訓練 {model_name}...")
            # 調用train方法開始訓練
            model.train(
                data=data_yaml_path,  # 數據集配置文件
                epochs=100,           # 訓練輪次
                imgsz=640,            # 輸入圖像尺寸
                batch=8,             # 每批次的圖像數量
                name=train_name,      # 模型名稱
            )
            
            print(f"{model_name} 訓練完成!")
            
        except Exception as e:
            print(f"訓練 {model_name} 時出現錯誤: {str(e)}")
            print(f"跳過模型 {model_name},繼續訓練下一個模型")
            continue
    
    print(f"\n{'='*60}")
    print("所有模型訓練完成!")
    print(f"{'='*60}")

if __name__ == "__main__":
    # 當該腳本被直接執行時,調用main函數
    main()

4. 技術棧

  • 語言:Python 3.10

  • 前端界面:PyQt5

  • 數據庫:SQLite(存儲用户信息)

  • 模型:YOLOv5、YOLOv8、YOLOv11、YOLOv12

5. YOLO模型對比與識別效果解析

5.1 YOLOv5/YOLOv8/YOLOv11/YOLOv12模型對比

基於Ultralytics官方COCO數據集訓練結果:

模型

尺寸(像素)

mAPval 50-95

速度(CPU ONNX/毫秒)

參數(M)

FLOPs(B)

YOLO12n

640

40.6

-

2.6

6.5

YOLO11n

640

39.5

56.1 ± 0.8

2.6

6.5

YOLOv8n

640

37.3

80.4

3.2

8.7

YOLOv5nu

640

34.3

73.6

2.6

7.7

關鍵結論

  1. 精度最高:YOLO12n(mAP 40.6%),顯著領先其他模型(較YOLOv5nu高約6.3個百分點);

  2. 速度最優:YOLO11n(CPU推理56.1ms),比YOLOv8n快42%,適合實時輕量部署;

  3. 效率均衡:YOLO12n/YOLO11n/YOLOv8n/YOLOv5nu參數量均為2.6M,FLOPs較低(YOLO12n/11n僅6.5B);YOLOv8n參數量(3.2M)與計算量(8.7B)最高,但精度優勢不明顯。

綜合推薦

  • 追求高精度:優先選YOLO12n(精度與效率兼顧);

  • 需高速低耗:選YOLO11n(速度最快且精度接近YOLO12n);

  • YOLOv5nu/YOLOv8n因性能劣勢,無特殊需求時不建議首選。

5.2 數據集分析

labels

數據集中訓練集和驗證集一共28000多張圖片,數據集目標類別1種:腫瘤數據集配置代碼如下:

names:
- tumor
nc: 1
path: D:\project\python\01Finished\yolo_Brain_Tumor_Detection\train_data
test: ../test/images
train: ../train/images
val: ../valid/images

 train_batch0

train_batch1

上面的圖片就是部分樣本集訓練中經過數據增強後的效果標註。

5.3 訓練結果

confusion_matrix_normalized

混淆矩陣顯示中識別精準度顯示是一條對角線,方塊顏色越深代表對應的類別識別的精準度越高

BoxF1_curve

F1指數(F1 Score)是統計學和機器學習中用於評估分類模型性能的核心指標,綜合了模型的精確率(Precision)和召回率(Recall),通過調和平均數平衡兩者的表現。 

當置信度為0.415時,所有類別的綜合F1值達到了0.94(藍色曲線)。

BoxPR_curve

mAP@0.5:是目標檢測任務中常用的評估指標,表示在交併比(IoU)閾值為0.5時計算的平均精度均值(mAP)。其核心含義是:只有當預測框與真實框的重疊面積(IoU)≥50%時,才認為檢測結果正確。

圖中可以看到綜合mAP@0.5達到了0.983(98.3%),準確率非常高。

6. 源碼獲取方式

源碼獲取:https://www.bilibili.com/video/BV1jvUSBpEET

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