Automated cardiac segmentation of cross-modal medical images using unsupervised multi-domain adaptation and spatial neural attention structure

人工智能 计算机科学 分割 卷积神经网络 水准点(测量) 图像分割 模式识别(心理学) 特征学习 特征(语言学) 人工神经网络 计算机视觉 语言学 哲学 大地测量学 地理
作者
Jinping Liu,Hui Liu,Subo Gong,Zhaohui Tang,Yongfang Xie,Huazhan Yin,Jean Paul Niyoyita
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier]
卷期号:72: 102135-102135 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.media.2021.102135
摘要

Accurate cardiac segmentation of multimodal images, e.g., magnetic resonance (MR), computed tomography (CT) images, plays a pivot role in auxiliary diagnoses, treatments and postoperative assessments of cardiovascular diseases. However, training a well-behaved segmentation model for the cross-modal cardiac image analysis is challenging, due to their diverse appearances/distributions from different devices and acquisition conditions. For instance, a well-trained segmentation model based on the source domain of MR images is often failed in the segmentation of CT images. In this work, a cross-modal images-oriented cardiac segmentation scheme is proposed using a symmetric full convolutional neural network (SFCNN) with the unsupervised multi-domain adaptation (UMDA) and a spatial neural attention (SNA) structure, termed UMDA-SNA-SFCNN, having the merits of without the requirement of any annotation on the test domain. Specifically, UMDA-SNA-SFCNN incorporates SNA to the classic adversarial domain adaptation network to highlight the relevant regions, while restraining the irrelevant areas in the cross-modal images, so as to suppress the negative transfer in the process of unsupervised domain adaptation. In addition, the multi-layer feature discriminators and a predictive segmentation-mask discriminator are established to connect the multi-layer features and segmentation mask of the backbone network, SFCNN, to realize the fine-grained alignment of unsupervised cross-modal feature domains. Extensive confirmative and comparative experiments on the benchmark Multi-Modality Whole Heart Challenge dataset show that the proposed model is superior to the state-of-the-art cross-modal segmentation methods.
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