胰腺癌是与癌症相关死亡的全球主要原因之一。尽管深度学习在计算机辅助诊断和检测方法(CAD)方法中取得了成功,但很少关注胰腺癌的检测。我们提出了一种检测胰腺肿瘤的方法,该方法在周围的解剖结构中利用临床上的特征,从而更好地旨在利用放射科医生的知识,而不是其他常规的深度学习方法。为此,我们收集了一个新的数据集,该数据集由99例胰腺导管腺癌(PDAC)和97例没有胰腺肿瘤的对照病例组成。由于胰腺癌的生长模式,肿瘤可能总是可见为低音病变,因此,专家指的是二次外部特征的可见性,这些特征可能表明肿瘤的存在。我们提出了一种基于U-NET样深的CNN的方法,该方法利用以下外部次要特征:胰管,常见的胆管和胰腺以及处理后的CT扫描。使用这些功能,该模型如果存在胰腺肿瘤。这种用于分类和本地化方法的细分实现了99%的敏感性(一个案例)和99%的特异性,这比以前的最新方法的灵敏度增加了5%。与以前的PDAC检测方法相比,该模型还以合理的精度和较短的推理时间提供位置信息。这些结果提供了显着的性能改善,并强调了在开发新型CAD方法时纳入临床专家知识的重要性。
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早期检测改善了胰腺导管腺癌(PDAC)中的预后,但挑战,因为病变通常很小,并且在对比增强的计算断层扫描扫描(CE-CT)上定义很差。深度学习可以促进PDAC诊断,但是当前模型仍然无法识别小(<2cm)病变。在这项研究中,最先进的深度学习模型用于开发用于PDAC检测的自动框架,专注于小病变。另外,研究了整合周围解剖学的影响。 CE-CT来自119个病理验证的PDAC患者的群组和123名没有PDAC患者的队列用于训练NNUNET用于自动病变检测和分割(\ TEXTIT {NNUNET \ _t})。训练了两种额外的鼻塞,以研究解剖学积分的影响:(1)分割胰腺和肿瘤(\ yryit {nnunet \ _tp}),(2)分割胰腺,肿瘤和多周围的解剖结构(\ textit {nnunet \_多发性硬化症})。外部可公开的测试集用于比较三个网络的性能。 \ Textit {nnunet \ _ms}实现了最佳性能,在整个测试集的接收器操作特性曲线下的区域为0.91,肿瘤的0.88 <2cm,显示最先进的深度学习可以检测到小型PDAC和解剖信息的好处。
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肝脏是脊椎动物中最关键的代谢器官之一,由于其在人体中的重要功能,例如废物产物和药物的血液排毒。由于肝肿瘤引起的肝病是全球最常见的死亡率之一。因此,在肿瘤发育的早期阶段检测肝肿瘤是医疗治疗的关键部分。许多成像方式可以用作检测肝肿瘤的帮助工具。计算机断层扫描(CT)是软组织器官(例如肝脏)最常用的成像方式。这是因为它是一种侵入性方式,可以相对迅速捕获。本文提出了一个有效的自动肝分割框架,以使用3D CNN深度元网络模型检测和分割肝脏腹部扫描。许多研究采用了精确分割肝区域,然后使用分割的肝区域作为肿瘤分割方法的输入,因为它降低了由于将腹部器官分割为肿瘤而导致的错误率。所提出的3D CNN DeepMedic模型具有两个输入途径,而不是一个途径,如原始3D CNN模型所示。在本文中,该网络提供了多个腹部CT版本,这有助于提高细分质量。提出的模型分别达到94.36%,94.57%,91.86%和93.14%的精度,灵敏度,特异性和骰子相似性得分。实验结果表明该方法的适用性。
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肺癌是癌症相关死亡率的主要原因。尽管新技术(例如图像分割)对于改善检测和较早诊断至关重要,但治疗该疾病仍然存在重大挑战。特别是,尽管治愈性分辨率增加,但许多术后患者仍会出现复发性病变。因此,非常需要预后工具,可以更准确地预测患者复发的风险。在本文中,我们探讨了卷积神经网络(CNN)在术前计算机断层扫描(CT)图像中存在的分割和复发风险预测。首先,随着医学图像分割的最新进展扩展,剩余的U-NET用于本地化和表征每个结节。然后,确定的肿瘤将传递给第二个CNN进行复发风险预测。该系统的最终结果是通过随机的森林分类器产生的,该分类器合成具有临床属性的第二个网络的预测。分割阶段使用LIDC-IDRI数据集,并获得70.3%的骰子得分。复发风险阶段使用了国家癌症研究所的NLST数据集,并获得了73.0%的AUC。我们提出的框架表明,首先,自动结节分割方法可以概括地为各种多任务系统提供管道,其次,深度学习和图像处理具有改善当前预后工具的潜力。据我们所知,这是第一个完全自动化的细分和复发风险预测系统。
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肺癌是世界大多数国家的死亡原因。由于提示肿瘤的诊断可以允许肿瘤学家辨别他们的性质,类型和治疗方式,CT扫描图像的肿瘤检测和分割是全球的关键研究领域。本文通过在Lotus DataSet上应用二维离散小波变换(DWT)来接近肺肿瘤分割,以进行更细致的纹理分析,同时将来自相邻CT切片的信息集成到馈送到深度监督的多路仓模型之前。在训练网络的同时,学习速率,衰减和优化算法的变化导致了不同的骰子共同效率,其详细统计数据已经包含在本文中。我们还讨论了此数据集中的挑战以及我们选择如何克服它们。本质上,本研究旨在通过试验多个适当的网络来最大化从二维CT扫描切片预测肿瘤区域的成功率,导致骰子共同效率为0.8472。
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本文提出了第二版的头部和颈部肿瘤(Hecktor)挑战的概述,作为第24届医学图像计算和计算机辅助干预(Miccai)2021的卫星活动。挑战由三个任务组成与患有头颈癌(H&N)的患者的PET / CT图像的自动分析有关,专注于oropharynx地区。任务1是FDG-PET / CT图像中H&N主肿瘤肿瘤体积(GTVT)的自动分割。任务2是来自同一FDG-PET / CT的进展自由生存(PFS)的自动预测。最后,任务3与任务2的任务2与参与者提供的地面真理GTVT注释相同。这些数据从六个中心收集,总共325个图像,分为224个培训和101个测试用例。通过103个注册团队和448个结果提交的重要参与,突出了对挑战的兴趣。在第一任务中获得0.7591的骰子相似度系数(DSC),分别在任务2和3中的0.7196和0.6978的一致性指数(C-Index)。在所有任务中,发现这种方法的简单性是确保泛化性能的关键。 PFS预测性能在任务2和3中的比较表明,提供GTVT轮廓对于实现最佳结果,这表明可以使用完全自动方法。这可能避免了对GTVT轮廓的需求,用于可重复和大规模的辐射瘤研究的开头途径,包括千元潜在的受试者。
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人工智能(AI)技术具有重要潜力,可以实现有效,鲁棒和自动的图像表型,包括识别细微图案。基于AI的检测搜索图像空间基于模式和特征来找到兴趣区域。存在一种良性的肿瘤组织学,可以通过使用图像特征的基于AI的分类方法来识别。图像从图像中提取可用于的可覆盖方式,可以通过显式(手工/工程化)和深度辐射谱系框架来探索途径。辐射瘤分析有可能用作非侵入性技术,以准确表征肿瘤,以改善诊断和治疗监测。这项工作介绍基于AI的技术,专注于肿瘤宠物和PET / CT成像,用于不同的检测,分类和预测/预测任务。我们还讨论了所需的努力,使AI技术转换为常规临床工作流程,以及潜在的改进和互补技术,例如在电子健康记录和神经象征性AI技术上使用自然语言处理。
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多模式性荧光脱氧葡萄糖(FDG)正电子发射断层扫描 /计算机断层扫描(PET / CT)已常规用于评估常见癌症,例如肺癌,淋巴瘤和黑色素瘤。这主要归因于以下事实:PET/CT结合了对PET肿瘤检测的高灵敏度和CT的解剖学信息。在PET/CT图像评估中,自动肿瘤分割是重要的一步,近年来,基于深度学习的方法已成为最新方法。不幸的是,现有的方法倾向于过度细分肿瘤区域,并包括正常摄取器官,炎症和其他感染等区域。在这项研究中,我们引入了一个假阳性还原网络以克服这一限制。我们首先引入了一个自制的预训练的全球分割模块,以使用自我监督的预训练的编码器粗糙地描绘候选肿瘤区域。然后,通过局部细化模块去除假阳性来完善候选肿瘤区域。我们对MICCAI 2022自动病变分割的实验在全身FDG-PET/CT(AUTOPET)挑战数据集中表明,我们的方法在初步测试数据中获得了0.9324的骰子得分,并在排行榜上排名第一。我们的方法在最终测试数据的前7位方法中也排名,最终排名将在2022 MICCAI AUTOPET研讨会期间宣布。我们的代码可在以下网址提供:https://github.com/yigepeng/autopet_false_posisity_reduction。
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肺癌是最致命的癌症之一,部分诊断和治疗取决于肿瘤的准确描绘。目前是最常见的方法的人以人为本的分割,须遵守观察者间变异性,并且考虑到专家只能提供注释的事实,也是耗时的。最近展示了有前途的结果,自动和半自动肿瘤分割方法。然而,随着不同的研究人员使用各种数据集和性能指标验证了其算法,可靠地评估这些方法仍然是一个开放的挑战。通过2018年IEEE视频和图像处理(VIP)杯竞赛创建的计算机断层摄影扫描(LOTUS)基准测试的肺起源肿瘤分割的目标是提供唯一的数据集和预定义的指标,因此不同的研究人员可以开发和以统一的方式评估他们的方法。 2018年VIP杯始于42个国家的全球参与,以获得竞争数据。在注册阶段,有129名成员组成了来自10个国家的28个团队,其中9个团队将其达到最后阶段,6队成功完成了所有必要的任务。简而言之,竞争期间提出的所有算法都是基于深度学习模型与假阳性降低技术相结合。三种决赛选手开发的方法表明,有希望的肿瘤细分导致导致越来越大的努力应降低假阳性率。本次竞争稿件概述了VIP-Cup挑战,以及所提出的算法和结果。
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Outcome prediction is crucial for head and neck cancer patients as it can provide prognostic information for early treatment planning. Radiomics methods have been widely used for outcome prediction from medical images. However, these methods are limited by their reliance on intractable manual segmentation of tumor regions. Recently, deep learning methods have been proposed to perform end-to-end outcome prediction so as to remove the reliance on manual segmentation. Unfortunately, without segmentation masks, these methods will take the whole image as input, such that makes them difficult to focus on tumor regions and potentially unable to fully leverage the prognostic information within the tumor regions. In this study, we propose a radiomics-enhanced deep multi-task framework for outcome prediction from PET/CT images, in the context of HEad and neCK TumOR segmentation and outcome prediction challenge (HECKTOR 2022). In our framework, our novelty is to incorporate radiomics as an enhancement to our recently proposed Deep Multi-task Survival model (DeepMTS). The DeepMTS jointly learns to predict the survival risk scores of patients and the segmentation masks of tumor regions. Radiomics features are extracted from the predicted tumor regions and combined with the predicted survival risk scores for final outcome prediction, through which the prognostic information in tumor regions can be further leveraged. Our method achieved a C-index of 0.681 on the testing set, placing the 2nd on the leaderboard with only 0.00068 lower in C-index than the 1st place.
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最近的人工智能(AI)算法已在各种医学分类任务上实现了放射科医生级的性能。但是,只有少数研究涉及CXR扫描异常发现的定位,这对于向放射学家解释图像级分类至关重要。我们在本文中介绍了一个名为Vindr-CXR的可解释的深度学习系统,该系统可以将CXR扫描分类为多种胸部疾病,同时将大多数类型的关键发现本地化在图像上。 Vindr-CXR接受了51,485次CXR扫描的培训,并通过放射科医生提供的边界盒注释进行了培训。它表现出与经验丰富的放射科医生相当的表现,可以在3,000张CXR扫描的回顾性验证集上对6种常见的胸部疾病进行分类,而在接收器操作特征曲线(AUROC)下的平均面积为0.967(95%置信区间[CI]:0.958---------0.958------- 0.975)。 VINDR-CXR在独立患者队列中也得到了外部验证,并显示出其稳健性。对于具有14种类型病变的本地化任务,我们的自由响应接收器操作特征(FROC)分析表明,VINDR-CXR以每扫描确定的1.0假阳性病变的速率达到80.2%的敏感性。还进行了一项前瞻性研究,以衡量VINDR-CXR在协助六名经验丰富的放射科医生方面的临床影响。结果表明,当用作诊断工具时,提出的系统显着改善了放射科医生本身之间的一致性,平均Fleiss的Kappa的同意增加了1.5%。我们还观察到,在放射科医生咨询了Vindr-CXR的建议之后,在平均Cohen的Kappa中,它们和系统之间的一致性显着增加了3.3%。
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肿瘤分割是放疗治疗计划的基本步骤。为了确定口咽癌患者(OPC)原发性肿瘤(GTVP)的准确分割,需要同时评估不同图像模态,并从不同方向探索每个图像体积。此外,分割的手动固定边界忽略了肿瘤描述中已知的空间不确定性。这项研究提出了一种新型的自动深度学习(DL)模型,以在注册的FDG PET/CT图像上进行逐片自适应GTVP分割的辐射肿瘤学家。我们包括138名在我们研究所接受过(化学)辐射治疗的OPC患者。我们的DL框架利用了间和板板的上下文。连续3片的串联FDG PET/CT图像和GTVP轮廓的序列用作输入。进行了3倍的交叉验证,进行了3​​次,对从113例患者的轴向(a),矢状(s)和冠状(c)平面提取的序列进行了训练。由于体积中的连续序列包含重叠的切片,因此每个切片产生了平均的三个结果预测。在A,S和C平面中,输出显示具有预测肿瘤的概率不同的区域。使用平均骰子得分系数(DSC)评估了25名患者的模型性能。预测是最接近地面真理的概率阈值(在A中为0.70,s为0.70,在s中为0.77,在C平面中为0.80)。提出的DL模型的有希望的结果表明,注册的FDG PET/CT图像上的概率图可以指导逐片自适应GTVP分割中的辐射肿瘤学家。
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机器学习和计算机视觉技术近年来由于其自动化,适合性和产生惊人结果的能力而迅速发展。因此,在本文中,我们调查了2014年至2022年之间发表的关键研究,展示了不同的机器学习算法研究人员用来分割肝脏,肝肿瘤和肝脉管结构的研究。我们根据感兴趣的组织(肝果,肝肿瘤或肝毒剂)对被调查的研究进行了划分,强调了同时解决多个任务的研究。此外,机器学习算法被归类为受监督或无监督的,如果属于某个方案的工作量很大,则将进一步分区。此外,对文献和包含上述组织面具的网站发现的不同数据集和挑战进行了彻底讨论,强调了组织者的原始贡献和其他研究人员的贡献。同样,在我们的评论中提到了文献中过度使用的指标,这强调了它们与手头的任务的相关性。最后,强调创新研究人员应对需要解决的差距的关键挑战和未来的方向,例如许多关于船舶分割挑战的研究的稀缺性以及为什么需要早日处理他们的缺席。
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乳腺癌是女性可能发生的最严重的癌症之一。通过分析组织学图像(HIS)来自动诊断乳腺癌对患者及其预后很重要。他的分类为临床医生提供了对疾病的准确了解,并使他们可以更有效地治疗患者。深度学习(DL)方法已成功地用于各种领域,尤其是医学成像,因为它们有能力自动提取功能。这项研究旨在使用他的乳腺癌对不同类型的乳腺癌进行分类。在这项研究中,我们提出了一个增强的胶囊网络,该网络使用RES2NET块和四个额外的卷积层提取多尺度特征。此外,由于使用了小的卷积内核和RES2NET块,因此所提出的方法具有较少的参数。结果,新方法的表现优于旧方法,因为它会自动学习最佳功能。测试结果表明该模型的表现优于先前的DL方法。
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An increasing number of public datasets have shown a marked clinical impact on assessing anatomical structures. However, each of the datasets is small, partially labeled, and rarely investigates severe tumor subjects. Moreover, current models are limited to segmenting specific organs/tumors, which can not be extended to novel domains and classes. To tackle these limitations, we introduce embedding learned from Contrastive Language-Image Pre-training (CLIP) to segmentation models, dubbed the CLIP-Driven Universal Model. The Universal Model can better segment 25 organs and 6 types of tumors by exploiting the semantic relationship between abdominal structures. The model is developed from an assembly of 14 datasets with 3,410 CT scans and evaluated on 6,162 external CT scans from 3 datasets. We rank first on the public leaderboard of the Medical Segmentation Decathlon (MSD) and achieve the state-of-the-art results on Beyond The Cranial Vault (BTCV). Compared with dataset-specific models, the Universal Model is computationally more efficient (6x faster), generalizes better to CT scans from varying sites, and shows stronger transfer learning performance on novel tasks. The design of CLIP embedding enables the Universal Model to be easily extended to new classes without catastrophically forgetting the previously learned classes.
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Robust forecasting of the future anatomical changes inflicted by an ongoing disease is an extremely challenging task that is out of grasp even for experienced healthcare professionals. Such a capability, however, is of great importance since it can improve patient management by providing information on the speed of disease progression already at the admission stage, or it can enrich the clinical trials with fast progressors and avoid the need for control arms by the means of digital twins. In this work, we develop a deep learning method that models the evolution of age-related disease by processing a single medical scan and providing a segmentation of the target anatomy at a requested future point in time. Our method represents a time-invariant physical process and solves a large-scale problem of modeling temporal pixel-level changes utilizing NeuralODEs. In addition, we demonstrate the approaches to incorporate the prior domain-specific constraints into our method and define temporal Dice loss for learning temporal objectives. To evaluate the applicability of our approach across different age-related diseases and imaging modalities, we developed and tested the proposed method on the datasets with 967 retinal OCT volumes of 100 patients with Geographic Atrophy, and 2823 brain MRI volumes of 633 patients with Alzheimer's Disease. For Geographic Atrophy, the proposed method outperformed the related baseline models in the atrophy growth prediction. For Alzheimer's Disease, the proposed method demonstrated remarkable performance in predicting the brain ventricle changes induced by the disease, achieving the state-of-the-art result on TADPOLE challenge.
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准确且一致的边界分割在肿瘤体积估计及其在医学图像分割领域中的处理中起着重要作用。在全球范围内,肺癌是死亡的主要原因之一,肺结节的早期发现对于早期癌症诊断和患者的存活率至关重要。这项研究的目的是证明DeepHealth Toolkit的可行性,包括PYECVL和PYEDDL库(包括精确的肺结节)。使用PYECVL和PYEDDL在UnitoChest上进行了肺结节分割的实验,以进行数据预处理以及神经网络训练。结果描述了在较宽的直径范围内对肺结节的准确分割,并且在传统检测方法上的准确性更好。本文中使用的数据集和代码可作为基线参考公开提供。
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头颈肿瘤分割挑战(Hecktor)2022为研究人员提供了一个平台,可以将其解决方案与3D CT和PET图像的肿瘤和淋巴结分割。在这项工作中,我们描述了针对Hecktor 2022分割任务的解决方案。我们将所有图像重新样本为共同的分辨率,在头颈部和颈部区域周围的作物,并从Monai训练Segresnet语义分割网络。我们使用5倍的交叉验证来选择最佳模型检查点。最终提交是3次运行中的15个型号的合奏。我们的解决方案(NVAUTO团队名称)以0.78802的汇总骰子得分在Hecktor22挑战排行榜上获得第一名。
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脑转移经常发生在转移性癌症的患者中。早期和准确地检测脑转移对于放射治疗的治疗计划和预后至关重要。为了提高深入学习的脑转移检测性能,提出了一种称为体积级灵敏度特异性(VSS)的定制检测损失,该损失是单个转移检测灵敏度和(子)体积水平的特异性。作为敏感性和精度始终在转移水平中始终是折射率,可以通过调节VSS损耗中的重量而无需骰子分数系数进行分段转移来实现高精度或高精度。为了减少被检测为假阳性转移的转移样结构,提出了一种时间的现有量作为神经网络的额外输入。我们提出的VSS损失提高了脑转移检测的敏感性,将灵敏度提高了86.7%至95.5%。或者,它将精度提高了68.8%至97.8%。随着额外的时间现有量,在高灵敏度模型中,约45%的假阳性转移减少,高特异性模型的精度达到99.6%。所有转移的平均骰子系数约为0.81。随着高灵敏度和高特异性模型的集合,平均每位患者的1.5个假阳性转移需要进一步检查,而大多数真正的阳性转移确认。该集合学习能够区分从需要特殊专家审查或进一步跟进的转移候选人的高信心真正的阳性转移,特别适合实际临床实践中专家支持的要求。
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最近关于Covid-19的研究表明,CT成像提供了评估疾病进展和协助诊断的有用信息,以及帮助理解疾病。有越来越多的研究,建议使用深度学习来使用胸部CT扫描提供快速准确地定量Covid-19。兴趣的主要任务是胸部CT扫描的肺和肺病变的自动分割,确认或疑似Covid-19患者。在这项研究中,我们使用多中心数据集比较12个深度学习算法,包括开源和内部开发的算法。结果表明,合并不同的方法可以提高肺部分割,二元病变分割和多种子病变分割的总体测试集性能,从而分别为0.982,0.724和0.469的平均骰子分别。将得到的二元病变分段为91.3ml的平均绝对体积误差。通常,区分不同病变类型的任务更加困难,分别具有152mL的平均绝对体积差,分别为整合和磨碎玻璃不透明度为0.369和0.523的平均骰子分数。所有方法都以平均体积误差进行二元病变分割,该分段优于人类评估者的视觉评估,表明这些方法足以用于临床实践中使用的大规模评估。
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