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Enregistrement W2794642825 · doi:10.3389/fnins.2020.592352

DeepVesselNet: Vessel Segmentation, Centerline Prediction, and Bifurcation Detection in 3-D Angiographic Volumes

2020· preprint· en· W2794642825 sur OpenAlexaff
Giles Tetteh, Velizar Efremov, Nils D. Forkert, Matthias Schneider, Jan S. Kirschke, Bruno Weber, Claus Zimmer, Marie Piraud, Bjoern Menze

Notice bibliographique

RevueFrontiers in Neuroscience · 2020
Typepreprint
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueMedical Image Segmentation Techniques
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésOverfittingComputer scienceSegmentationConvolutional neural networkArtificial intelligenceContext (archaeology)Deep learningMemory footprintCross entropyVoxelPattern recognition (psychology)Artificial neural networkAlgorithm

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

We present DeepVesselNet, an architecture tailored to the challenges faced when extracting vessel trees and networks and corresponding features in 3-D angiographic volumes using deep learning. We discuss the problems of low execution speed and high memory requirements associated with full 3-D networks, high-class imbalance arising from the low percentage (<3%) of vessel voxels, and unavailability of accurately annotated 3-D training data-and offer solutions as the building blocks of DeepVesselNet. First, we formulate 2-D orthogonal cross-hair filters which make use of 3-D context information at a reduced computational burden. Second, we introduce a class balancing cross-entropy loss function with false-positive rate correction to handle the high-class imbalance and high false positive rate problems associated with existing loss functions. Finally, we generate a synthetic dataset using a computational angiogenesis model capable of simulating vascular tree growth under physiological constraints on local network structure and topology and use these data for transfer learning. We demonstrate the performance on a range of angiographic volumes at different spatial scales including clinical MRA data of the human brain, as well as CTA microscopy scans of the rat brain. Our results show that cross-hair filters achieve over 23% improvement in speed, lower memory footprint, lower network complexity which prevents overfitting and comparable accuracy that does not differ from full 3-D filters. Our class balancing metric is crucial for training the network, and transfer learning with synthetic data is an efficient, robust, and very generalizable approach leading to a network that excels in a variety of angiography segmentation tasks. We observe that sub-sampling and max pooling layers may lead to a drop in performance in tasks that involve voxel-sized structures. To this end, the DeepVesselNet architecture does not use any form of sub-sampling layer and works well for vessel segmentation, centerline prediction, and bifurcation detection. We make our synthetic training data publicly available, fostering future research, and serving as one of the first public datasets for brain vessel tree segmentation and analysis.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,014
Tête enseignante GPT0,252
Écart entre enseignants0,237 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations66
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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