Fast meningioma segmentation in T1-weighted magnetic resonance imaging volumes using a lightweight 3D deep learning architecture.

分割 医学 磁共振成像 人工智能 计算机科学 图像分割 体素 卷积神经网络 放射科 脑膜瘤 深度学习 核医学 模式识别(心理学) Sørensen–骰子系数
作者
David Bouget,André Pedersen,Sayied Abdol Mohieb Hosainey,Johanna Vanel,Ole Solheim,Ingerid Reinertsen
出处
期刊:Journal of medical imaging 卷期号:8 (2): 024002- 被引量:2
标识
DOI:10.1117/1.jmi.8.2.024002
摘要

Purpose: Automatic and consistent meningioma segmentation in T1-weighted magnetic resonance (MR) imaging volumes and corresponding volumetric assessment is of use for diagnosis, treatment planning, and tumor growth evaluation. We optimized the segmentation and processing speed performances using a large number of both surgically treated meningiomas and untreated meningiomas followed at the outpatient clinic. Approach: We studied two different three-dimensional (3D) neural network architectures: (i) a simple encoder-decoder similar to a 3D U-Net, and (ii) a lightweight multi-scale architecture [Pulmonary Lobe Segmentation Network (PLS-Net)]. In addition, we studied the impact of different training schemes. For the validation studies, we used 698 T1-weighted MR volumes from St. Olav University Hospital, Trondheim, Norway. The models were evaluated in terms of detection accuracy, segmentation accuracy, and training/inference speed. Results: While both architectures reached a similar Dice score of 70% on average, the PLS-Net was more accurate with an F 1 -score of up to 88%. The highest accuracy was achieved for the largest meningiomas. Speed-wise, the PLS-Net architecture tended to converge in about 50 h while 130 h were necessary for U-Net. Inference with PLS-Net takes less than a second on GPU and about 15 s on CPU. Conclusions: Overall, with the use of mixed precision training, it was possible to train competitive segmentation models in a relatively short amount of time using the lightweight PLS-Net architecture. In the future, the focus should be brought toward the segmentation of small meningiomas ( 2 ml ) to improve clinical relevance for automatic and early diagnosis and speed of growth estimates.
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