晚期钆增强磁共振成像(LGE MRI)通常用于可视化和量化左心房(LA)疤痕。疤痕的位置和程度提供了心理生理学和心房颤动进展的重要信息(AF)。因此,LGE MRI的La Scar分段和量化可用于AF患者的计算机辅助诊断和治疗分层。由于手动描绘可能是耗时的,并且经过专家内和专家间变异性,因此非常需要自动化这种计算,这然而仍然仍然具有挑战性和研究。本文旨在为La腔,墙壁,瘢痕和消融差距分割和LGE MRI的定量提供系统审查,以及AF研究的相关文献。具体而言,我们首先总结AF相关的成像技术,特别是LGE MRI。然后,我们详细介绍了四个计算任务的方法,并总结了每个任务中应用的验证策略。最后,概述了未来可能的未来发展,简要调查了上述方法的潜在临床应用。审查表明,该主题的研究仍处于早期阶段。虽然已经提出了几种方法,但特别是对于LA分割,由于与图像采集的高度变化相关的性能问题和图像采集差异有关的性能问题,仍有很大的算法发展。
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精确的心脏计算,多种式图像的分析和建模对于心脏病的诊断和治疗是重要的。晚期钆增强磁共振成像(LGE MRI)是一种有希望的技术,可视化和量化心肌梗塞(MI)和心房疤痕。由于LGE MRI的低图像质量和复杂的增强图案,MI和心房疤痕的自动化量可能是具有挑战性的。此外,与带金标准标签的其他序列LGE MRIS相比特别有限,这表示用于开发用于自动分割和LGE MRIS定量的新型算法的另一个障碍。本章旨在总结最先进的基于深度学习的多模态心脏图像分析的先进贡献。首先,我们向基于多序心脏MRI的心肌和病理分割介绍了两个基准工作。其次,提出了两种新的左心房瘢痕分割和从LGE MRI定量的新型框架。第三,我们为跨型心脏图像分割提出了三种无监督的域适应技术。
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多发性硬化症(MS)是中枢神经系统的慢性炎症和退行性疾病,其特征在于,白色和灰质的外观与个体患者的神经症状和标志进行地平整相关。磁共振成像(MRI)提供了详细的体内结构信息,允许定量和分类MS病变,其批判性地通知疾病管理。传统上,MS病变在2D MRI切片上手动注释,一个流程效率低,易于观察室内误差。最近,已经提出了自动统计成像分析技术以基于MRI体素强度检测和分段段病变。然而,它们的有效性受到MRI数据采集技术的异质性和MS病变的外观的限制。通过直接从图像学习复杂的病变表现,深度学习技术已经在MS病变分割任务中取得了显着的突破。在这里,我们提供了全面审查最先进的自动统计和深度学习MS分段方法,并讨论当前和未来的临床应用。此外,我们审查了域适应等技术策略,以增强现实世界临床环境中的MS病变分段。
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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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晚期钆增强磁共振成像(LGE MRI)的左心房(LA)和心房瘢痕分割是临床实践中的重要任务。 %,引导消融治疗和预测心房颤动(AF)患者的治疗结果。然而,由于图像质量差,各种La形状,薄壁和周围增强区域,自动分割仍然具有挑战性。以前的方法通常独立解决了这两个任务,并忽略了洛杉矶和疤痕之间的内在空间关系。在这项工作中,我们开发了一个新的框架,即atrialjsqnet,其中La分段,在La表面上的瘢痕投影以及疤痕量化,在端到端的样式中进行。我们通过明确的表面投影提出了一种形状注意(SA),以利用LA和LA瘢痕之间的固有相关性。具体而言,SA方案嵌入到多任务架构中以执行联合LA分段和瘢痕量化。此外,引入了空间编码(SE)丢失以包含目标的连续空间信息,以便在预测的分割中减少嘈杂的斑块。我们从Miccai2018 La挑战中评估了60 LGE MRIS上提出的框架。在公共数据集上的广泛实验表明了拟议的ATRIALJSQNET的效果,从而实现了最先进的竞争性能。明确探索了LA分割和瘢痕量化之间的相关性,并对这两个任务显示出显着的性能改进。一旦稿件接受通过https://zmiclab.github.io/projects.html,就会公开发布的代码和结果。
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域适应(DA)最近在医学影像社区提出了强烈的兴趣。虽然已经提出了大量DA技术进行了用于图像分割,但大多数这些技术已经在私有数据集或小公共可用数据集上验证。此外,这些数据集主要解决了单级问题。为了解决这些限制,与第24届医学图像计算和计算机辅助干预(Miccai 2021)结合第24届国际会议组织交叉模态域适应(Crossmoda)挑战。 Crossmoda是无监督跨型号DA的第一个大型和多级基准。挑战的目标是分割参与前庭施瓦新瘤(VS)的后续和治疗规划的两个关键脑结构:VS和Cochleas。目前,使用对比度增强的T1(CET1)MRI进行VS患者的诊断和监测。然而,使用诸如高分辨率T2(HRT2)MRI的非对比度序列越来越感兴趣。因此,我们创建了一个无人监督的跨模型分段基准。训练集提供注释CET1(n = 105)和未配对的非注释的HRT2(n = 105)。目的是在测试集中提供的HRT2上自动对HRT2进行单侧VS和双侧耳蜗分割(n = 137)。共有16支球队提交了评估阶段的算法。顶级履行团队达成的表现水平非常高(最佳中位数骰子 - vs:88.4%; Cochleas:85.7%)并接近完全监督(中位数骰子 - vs:92.5%;耳蜗:87.7%)。所有顶级执行方法都使用图像到图像转换方法将源域图像转换为伪目标域图像。然后使用这些生成的图像和为源图像提供的手动注释进行培训分割网络。
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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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深度学习已被广​​泛用于医学图像分割,并且录制了录制了该领域深度学习的成功的大量论文。在本文中,我们使用深层学习技术对医学图像分割的全面主题调查。本文进行了两个原创贡献。首先,与传统调查相比,直接将深度学习的文献分成医学图像分割的文学,并为每组详细介绍了文献,我们根据从粗略到精细的多级结构分类目前流行的文献。其次,本文侧重于监督和弱监督的学习方法,而不包括无监督的方法,因为它们在许多旧调查中引入而且他们目前不受欢迎。对于监督学习方法,我们分析了三个方面的文献:骨干网络的选择,网络块的设计,以及损耗功能的改进。对于虚弱的学习方法,我们根据数据增强,转移学习和交互式分割进行调查文献。与现有调查相比,本调查将文献分类为比例不同,更方便读者了解相关理由,并将引导他们基于深度学习方法思考医学图像分割的适当改进。
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随着深度学习方法的进步,如深度卷积神经网络,残余神经网络,对抗网络的进步。 U-Net架构最广泛利用生物医学图像分割,以解决目标区域或子区域的识别和检测的自动化。在最近的研究中,基于U-Net的方法在不同应用中显示了最先进的性能,以便在脑肿瘤,肺癌,阿尔茨海默,乳腺癌等疾病的早期诊断和治疗中发育计算机辅助诊断系统等,使用各种方式。本文通过描述U-Net框架来提出这些方法的成功,然后通过执行1)型号的U-Net变体进行综合分析,2)模特内分类,建立更好的见解相关的挑战和解决方案。此外,本文还强调了基于U-Net框架在持续的大流行病,严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-COV-2)中的贡献也称为Covid-19。最后,分析了这些U-Net变体的优点和相似性以及生物医学图像分割所涉及的挑战,以发现该领域的未来未来的研究方向。
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迄今为止,迄今为止,众所周知,对广泛的互补临床相关任务进行了全面比较了医学图像登记方法。这限制了采用研究进展,以防止竞争方法的公平基准。在过去五年内已经探讨了许多新的学习方法,但优化,建筑或度量战略的问题非常适合仍然是开放的。 Learn2reg涵盖了广泛的解剖学:脑,腹部和胸部,方式:超声波,CT,MRI,群体:患者内部和患者内部和监督水平。我们为3D注册的培训和验证建立了较低的入境障碍,这帮助我们从20多个独特的团队中汇编了65多个单独的方法提交的结果。我们的互补度量集,包括稳健性,准确性,合理性和速度,使得能够独特地位了解当前的医学图像登记现状。进一步分析监督问题的转移性,偏见和重要性,主要是基于深度学习的方法的优越性,并将新的研究方向开放到利用GPU加速的常规优化的混合方法。
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在多模式分割领域中,可以考虑不同方式之间的相关性以改善分段结果。考虑到不同MR模型之间的相关性,在本文中,我们提出了一种由新型三关注融合引导的多模态分段网络。我们的网络包括与N个图像源,三关注融合块,双关注融合块和解码路径的N个独立于模型编码路径。独立编码路径的模型可以从n个模式捕获模态特征。考虑到从编码器中提取的所有功能都非常有用,我们建议使用基于双重的融合来重量沿模态和空间路径的特征,可以抑制更少的信息特征,并强调每个模态的有用的功能在不同的位置。由于不同模式之间存在强烈的相关性,基于双重关注融合块,我们提出了一种相关注意模块来形成三关注融合块。在相关性注意模块中,首先使用相关描述块来学习模态之间的相关性,然后基于相关性的约束来指导网络以学习对分段更相关的潜在相关特征。最后,通过解码器投影所获得的融合特征表示以获得分段结果。我们对Brats 2018年脑肿瘤分割进行测试的实验结果证明了我们提出的方法的有效性。
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脑肿瘤分割是医学图像分析中最具挑战性问题之一。脑肿瘤细分的目标是产生准确描绘脑肿瘤区域。近年来,深入学习方法在解决各种计算机视觉问题时表现出了有希望的性能,例如图像分类,对象检测和语义分割。基于深度学习的方法已经应用于脑肿瘤细分并取得了有希望的结果。考虑到最先进技术所制作的显着突破,我们使用本调查来提供最近开发的深层学习脑肿瘤分割技术的全面研究。在本次调查中选择并讨论了100多篇科学论文,广泛地涵盖了网络架构设计,在不平衡条件下的细分等技术方面,以及多种方式流程。我们还为未来的发展方向提供了富有洞察力的讨论。
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深度学习(DL)模型为各种医学成像基准挑战提供了最先进的性能,包括脑肿瘤细分(BRATS)挑战。然而,局灶性病理多隔室分割(例如,肿瘤和病变子区)的任务特别具有挑战性,并且潜在的错误阻碍DL模型转化为临床工作流程。量化不确定形式的DL模型预测的可靠性,可以实现最不确定的地区的临床审查,从而建立信任并铺平临床翻译。最近,已经引入了许多不确定性估计方法,用于DL医学图像分割任务。开发指标评估和比较不确定性措施的表现将有助于最终用户制定更明智的决策。在本研究中,我们探索并评估在Brats 2019-2020任务期间开发的公制,以对不确定量化量化(Qu-Brats),并旨在评估和排列脑肿瘤多隔室分割的不确定性估计。该公制(1)奖励不确定性估计,对正确断言产生高置信度,以及在不正确的断言处分配低置信水平的估计数,(2)惩罚导致更高百分比的无关正确断言百分比的不确定性措施。我们进一步基准测试由14个独立参与的Qu-Brats 2020的分割不确定性,所有这些都参与了主要的Brats细分任务。总体而言,我们的研究结果证实了不确定性估计提供了分割算法的重要性和互补价值,因此突出了医学图像分析中不确定性量化的需求。我们的评估代码在HTTPS://github.com/ragmeh11/qu-brats公开提供。
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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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目的:多发性硬化症(MS)是一种自身免疫和脱髓鞘疾病,导致中枢神经系统的病变。可以使用磁共振成像(MRI)跟踪和诊断该疾病。到目前为止,多数多层自动生物医学方法用于在成本,时间和可用性方面对患者没有有益的病变。本文的作者提出了一种使用只有一个模态(Flair Image)的方法,准确地将MS病变分段。方法:由3D-Reset和空间通道注意模块进行设计,灵活的基于补丁的卷积神经网络(CNN),以段MS病变。该方法由三个阶段组成:(1)对比度限制自适应直方图均衡(CLAHE)被施加到原始图像并连接到提取的边缘以形成4D图像; (2)尺寸80 * 80 * 80 * 2的贴片从4D图像中随机选择; (3)将提取的贴片传递到用于分割病变的关注的CNN中。最后,将所提出的方法与先前的相同数据集进行比较。结果:目前的研究评估了模型,具有测试集的ISIB挑战数据。实验结果表明,该方法在骰子相似性和绝对体积差方面显着超越了现有方法,而该方法仅使用一种模态(Flair)来分割病变。结论:作者推出了一种自动化的方法来分割基于最多两种方式作为输入的损伤。所提出的架构由卷积,解卷积和SCA-VOXRES模块作为注意模块组成。结果表明,所提出的方法优于与其他方法相比良好。
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Glioblastomas是最具侵略性的快速生长的主要脑癌,起源于大脑的胶质细胞。准确鉴定恶性脑肿瘤及其子区域仍然是医学图像分割中最具挑战性问题之一。脑肿瘤分割挑战(Brats)是自动脑胶质细胞瘤分割算法的流行基准,自于其启动。在今年的挑战中,Brats 2021提供了2,000名术前患者的最大多参数(MPMRI)数据集。在本文中,我们提出了两个深度学习框架的新聚合,即在术前MPMRI中的自动胶质母细胞瘤识别的Deepseg和NNU-Net。我们的集合方法获得了92.00,87.33和84.10和Hausdorff距离为3.81,8.91和16.02的骰子相似度分数,用于增强肿瘤,肿瘤核心和全肿瘤区域,单独进行。这些实验结果提供了证据表明它可以在临床上容易地应用,从而助攻脑癌预后,治疗计划和治疗反应监测。
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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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使用多模式磁共振成像(MRI)对于精确的脑肿瘤细分是必需的。主要问题是,并非所有类型的MRI都始终可以在临床考试中提供。基于同一患者的先生模式之间存在强烈相关性,在这项工作中,我们提出了一种缺少一个或多种方式的脑肿瘤分割网络。所提出的网络由三个子网组成:特征增强的生成器,相关约束块和分割网络。特征增强的生成器利用可用模态来生成表示缺少模态的3D特征增强图像。相关性约束块可以利用模态之间的多源相关性,并且还限制了发电机,以合成特征增强的模态,该特征增强的模态必须具有与可用模式具有相干相关性的特征增强的模态。分段网络是基于多编码器的U-Net,以实现最终的脑肿瘤分割。所提出的方法在Brats 2018数据集上进行评估。实验结果表明,拟议方法的有效性分别在全肿瘤,肿瘤核心和增强肿瘤上实现了82.9,74.9和59.1的平均骰子得分,并且优于3.5%,17%和18.2的最佳方法%。
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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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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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