使用堆叠的U-Net进行大动脉和主要肺动脉细分,并在非对比增强的计算机断层扫描图像上进行定位
Hidenobu Suzuki1, Yoshiki Kawata2, Keiju Aokage3
1Faculty of Science and Technology, Tokushima University, Tokushima, Japan.
Medical physics
|July 31, 2023
概括
一种新的堆叠U-Net模型在非对比增强CT (NCE-CT) 扫描中改善了主动脉和主要肺动脉 (MPA) 的细分,即使在附近的结构中也是如此. 这种技术在诊断慢性血栓栓塞性肺高血压 (CTEPH) 中表现有前途.
科学领域:
- 医疗成像医学成像
- 人工智能在医学中的应用
- 心血管成像 - 心血管成像
背景情况:
- 在非对比增强型计算机断层扫描 (NCE-CT) 图像中对大动脉和主要肺动脉 (MPA) 的细分具有挑战性,原因是与食道等邻近结构接触.
- 准确的细分对于诊断诸如慢性血栓栓塞性肺高血压 (CTEPH) 等疾病至关重要.
研究的目的:
- 开发和评估一个两阶段堆叠的U-Net模型,结合本地化技术,以改善NCE-CT图像中大动脉和MPA的细分.
- 评估模型在血管和食道接触的情况下的性能,以及其在分类CTEPH病例中的实用性.
主要方法:
- 采用了两阶段堆叠的U-Net架构,集成2D U-Nets和3D U-Net,具有多个输入通道.
- 使用局部化技术来提取相关的解剖信息进行细分.
- 该模型经过CTEPH和没有CTEPH的受试者的NCE-CT图像的训练和验证,使用10倍交叉验证.
- 用子相似系数 (DSC) 和平均表面距离 (MSD) 评估细分精度,并进行统计分析,包括多次比较校正.
主要成果:
- 堆叠的U-Net模型实现了对细分的大动脉和MPA的平均表面距离 (MSD) 约为1像素,即使有显著的接触面 (CSR>=0.4).
- 与其他U-Net架构相比,在非CTEPH和CTEPH情况下,非接触面的MSD值显著较低 (p <0.05).
- 该模型在基于细分血管直径的基础上对CTEPH和非CTEPH病例进行分类时显示出高准确性,右主肺动脉直径的ROC曲线下的面积为0.97.
结论:
- 血管和食道接触显著影响NCE-CT图像上的大动脉和MPA细分.
- 提出的堆叠U-Net和本地化方法有效地减轻了这些联系人的影响,提高了细分的准确性.
- 这种方法有可能通过NCE-CT成像改善CTEPH的诊断.
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