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Enregistrement W3015500759 · doi:10.1002/mp.14168

Automated glioma grading on conventional MRI images using deep convolutional neural networks

2020· article· en· W3015500759 sur OpenAlexaff
Ying Zhuge, Holly Ning, Peter Mathen, Jason Cheng, Andra Krauze, Kevin Camphausen, Robert W. Miller

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueBrain Tumor Detection and Classification
Établissements canadiensBC Cancer Agency
Organismes subventionnairesNational Cancer InstituteNational Institutes of Health
Mots-clésConvolutional neural networkGliomaGrading (engineering)Artificial intelligenceComputer scienceMedical imagingArtificial neural networkMagnetic resonance imagingMedical physicsPattern recognition (psychology)RadiologyMedicineEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

PURPOSE: Gliomas are the most common primary tumor of the brain and are classified into grades I-IV of the World Health Organization (WHO), based on their invasively histological appearance. Gliomas grading plays an important role to determine the treatment plan and prognosis prediction. In this study we propose two novel methods for automatic, non-invasively distinguishing low-grade (Grades II and III) glioma (LGG) and high-grade (grade IV) glioma (HGG) on conventional MRI images by using deep convolutional neural networks (CNNs). METHODS: All MRI images have been preprocessed first by rigid image registration and intensity inhomogeneity correction. Both proposed methods consist of two steps: (a) three-dimensional (3D) brain tumor segmentation based on a modification of the popular U-Net model; (b) tumor classification on segmented brain tumor. In the first method, the slice with largest area of tumor is determined and the state-of-the-art mask R-CNN model is employed for tumor grading. To improve the performance of the grading model, a two-dimensional (2D) data augmentation has been implemented to increase both the amount and the diversity of the training images. In the second method, denoted as 3DConvNet, a 3D volumetric CNNs is applied directly on bounding image regions of segmented tumor for classification, which can fully leverage the 3D spatial contextual information of volumetric image data. RESULTS: The proposed schemes were evaluated on The Cancer Imaging Archive (TCIA) low grade glioma (LGG) data, and the Multimodal Brain Tumor Image Segmentation (BraTS) Benchmark 2018 training datasets with fivefold cross validation. All data are divided into training, validation, and test sets. Based on biopsy-proven ground truth, the performance metrics of sensitivity, specificity, and accuracy are measured on the test sets. The results are 0.935 (sensitivity), 0.972 (specificity), and 0.963 (accuracy) for the 2D Mask R-CNN based method, and 0.947 (sensitivity), 0.968 (specificity), and 0.971 (accuracy) for the 3DConvNet method, respectively. In regard to efficiency, for 3D brain tumor segmentation, the program takes around ten and a half hours for training with 300 epochs on BraTS 2018 dataset and takes only around 50 s for testing of a typical image with a size of 160 × 216 × 176. For 2D Mask R-CNN based tumor grading, the program takes around 4 h for training with around 60 000 iterations, and around 1 s for testing of a 2D slice image with size of 128 × 128. For 3DConvNet based tumor grading, the program takes around 2 h for training with 10 000 iterations, and 0.25 s for testing of a 3D cropped image with size of 64 × 64 × 64, using a DELL PRECISION Tower T7910, with two NVIDIA Titan Xp GPUs. CONCLUSIONS: Two effective glioma grading methods on conventional MRI images using deep convolutional neural networks have been developed. Our methods are fully automated without manual specification of region-of-interests and selection of slices for model training, which are common in traditional machine learning based brain tumor grading methods. This methodology may play a crucial role in selecting effective treatment options and survival predictions without the need for surgical biopsy.

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)0,000
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: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,011
Score d'incertitude au seuil0,023

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

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 Opus0,054
Tête enseignante GPT0,296
Écart entre enseignants0,242 · 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
GenreEmpirique

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

En bref

Citations164
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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