A statistical deformation model-based data augmentation method for volumetric medical image segmentation

轮廓 人工智能 分割 计算机科学 平滑的 计算机视觉 预处理器 医学影像学 计算机图形学(图像)
作者
Wenfeng He,Chulong Zhang,Jingjing Dai,Lin Liu,Tangsheng Wang,Xuan Liu,Yuming Jiang,Na Li,Jing Xiong,Lei Wang,Yaoqin Xie,Xiaokun Liang
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier]
卷期号:91: 102984-102984 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.media.2023.102984
摘要

The accurate delineation of organs-at-risk (OARs) is a crucial step in treatment planning during radiotherapy, as it minimizes the potential adverse effects of radiation on surrounding healthy organs. However, manual contouring of OARs in computed tomography (CT) images is labor-intensive and susceptible to errors, particularly for low-contrast soft tissue. Deep learning-based artificial intelligence algorithms surpass traditional methods but require large datasets. Obtaining annotated medical images is both time-consuming and expensive, hindering the collection of extensive training sets. To enhance the performance of medical image segmentation, augmentation strategies such as rotation and Gaussian smoothing are employed during preprocessing. However, these conventional data augmentation techniques cannot generate more realistic deformations, limiting improvements in accuracy. To address this issue, this study introduces a statistical deformation model-based data augmentation method for volumetric medical image segmentation. By applying diverse and realistic data augmentation to CT images from a limited patient cohort, our method significantly improves the fully automated segmentation of OARs across various body parts. We evaluate our framework on three datasets containing tumor OARs from the head, neck, chest, and abdomen. Test results demonstrate that the proposed method achieves state-of-the-art performance in numerous OARs segmentation challenges. This innovative approach holds considerable potential as a powerful tool for various medical imaging-related sub-fields, effectively addressing the challenge of limited data access.
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