3D multi-scale feature extraction and recalibration network for spinal structure and lesion segmentation

分割 医学 人工智能 计算机科学 深度学习 卷积神经网络 磁共振成像 特征(语言学) 模式识别(心理学) 放射科 语言学 哲学
作者
Hongjie Wang,Yingjin Chen,Tao Jiang,Huwei Bian,Xing Shen
出处
期刊:Acta Radiologica [SAGE Publishing]
卷期号:64 (12): 3015-3023 被引量:1
标识
DOI:10.1177/02841851231204214
摘要

Automatic segmentation has emerged as a promising technique for the diagnosis of spinal conditions.To design and evaluate a deep convolution network for segmenting the intervertebral disc, spinal canal, facet joint, and herniated disk on magnetic resonance imaging (MRI) scans.MRI scans of 70 patients with disc herniation were gathered and manually annotated by radiologists. A novel deep neural network was developed, comprising 3D squeeze-and-excitation blocks and multi-scale feature extraction blocks for automated segmentation of spinal structure and lesion. To address the issue of class imbalance, a weighted cross-entropy loss was introduced for training. In addition, semi-supervision segmentation was accomplished to reduce annotation labor cost.The proposed model achieved 77.67% mean intersection over union, with 9.56% and 11.11% gains over typical V-Net and U-Net respectively, outperforming the other models in ablation experiments. In addition, the semi-supervision segmentation method was proven to work.The 3D multi-scale feature extraction and recalibration network achieved an excellent segmentation performance of intervertebral disc, spinal canal, facet joint, and herniated disk, outperforming typical encoder-decoder networks.
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