Deep Learning for Segmentation Using an Open Large-Scale Dataset in 2D Echocardiography

人工智能 分割 深度学习 计算机科学 卷积神经网络 射血分数 编码器 模式识别(心理学) 平均绝对误差 均方误差 医学 心脏病学 数学 统计 心力衰竭 操作系统
作者
Sarah Leclerc,Erik Smistad,João Pedrosa,Andreas Østvik,Frédéric Cervenansky,Florian Espinosa,Torvald Espeland,Erik Andreas Rye Berg,Pierre‐Marc Jodoin,Thomas Grenier,Carole Lartizien,Jan D’hooge,Lasse Løvstakken,Olivier Bernard
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:38 (9): 2198-2210 被引量:210
标识
DOI:10.1109/tmi.2019.2900516
摘要

Delineation of the cardiac structures from 2D echocardiographic images is a common clinical task to establish a diagnosis. Over the past decades, the automation of this task has been the subject of intense research. In this paper, we evaluate how far the state-of-the-art encoder-decoder deep convolutional neural network methods can go at assessing 2D echocardiographic images, i.e., segmenting cardiac structures and estimating clinical indices, on a dataset, especially, designed to answer this objective. We, therefore, introduce the cardiac acquisitions for multi-structure ultrasound segmentation dataset, the largest publicly-available and fully-annotated dataset for the purpose of echocardiographic assessment. The dataset contains two and four-chamber acquisitions from 500 patients with reference measurements from one cardiologist on the full dataset and from three cardiologists on a fold of 50 patients. Results show that encoder-decoder-based architectures outperform state-of-the-art non-deep learning methods and faithfully reproduce the expert analysis for the end-diastolic and end-systolic left ventricular volumes, with a mean correlation of 0.95 and an absolute mean error of 9.5 ml. Concerning the ejection fraction of the left ventricle, results are more contrasted with a mean correlation coefficient of 0.80 and an absolute mean error of 5.6%. Although these results are below the inter-observer scores, they remain slightly worse than the intra-observer's ones. Based on this observation, areas for improvement are defined, which open the door for accurate and fully-automatic analysis of 2D echocardiographic images.
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