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Enregistrement W3107459492 · doi:10.22215/etd/2020-14090

Deep Learning Methods for Abnormality Detection and Segmentation in Computed Tomography and Magnetic Resonance Images

2020· dissertation· en· W3107459492 sur OpenAlexaff
Fatemeh Zabihollahy

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typedissertation
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueRadiomics and Machine Learning in Medical Imaging
Établissements canadiensCarleton University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSegmentationArtificial intelligenceMagnetic resonance imagingCoronal planeComputer scienceConvolutional neural networkDeep learningVoxelEffective diffusion coefficientSagittal planePattern recognition (psychology)Steady-state free precession imagingRadiologyNuclear medicineMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Medical imaging is vital to non-invasive diagnosis and prognosis of medical abnormalities.Medical image acquisition has greatly advanced in terms of acquisition speed and the ability to resolve fine objects over the last decades.However, advances in technology have increased the size of the image and number of images to be interpreted by radiologists.Imaging studies of a single patient may now consist of hundreds of images, reformatted in multiple imaging planes with three-dimensional (3D) reconstruction.Detection of abnormalities, such as cancer or scar tissue, is an important part of disease diagnosis based on medical images.Abnormalities in tissue may manifest as differences in image intensity, contrast, and texture to the normal tissue in medical images.Currently, the medical images are interpreted manually by clinical experts, which is a tedious task and subject to large inter-and intra-operator variability due to observer limitations (e.g., constrained human visual perception, fatigue, or distraction) and the complexity of the clinical cases themselves (e.g., overlapping structures).Therefore, automated analysis of medical images is highly desirable.Parallel to the developments in imaging hardware, machine learning technologies, including deep learning (DL) methods, have evolved over the last decade and are providing exciting solutions in identification, classification, and quantification of abnormalities in medical images.In this dissertation, with the availability of the unique datasets of kidney computed tomography (CT) scans, prostate and cardiac magnetic resonance images (MRI) through a clinical collaboration with the Ottawa Hospital and the Libin Cardiovascular Institute of Alberta at the University of Calgary, I have focused on the computer-aided detection of kidney and prostate tumors and cardiac scar tissue as medical abnormalities.The goal of this dissertation is to describe the development of novel DL-based methodologies for the detection and segmentation of abnormalities in 3D CT scans and MR images for three high-impact clinical v applications.These applications are computer-aided detection of kidney tumors (renal masses) on CT scans, quantification of scar tissue in the heart in 3D cardiac MRI, and prostate tumor localization in multi-slice MRI.Our research has novelty in both methodology and clinical applications.For the application of detecting kidney cancer, I developed a decision fusion of convolutional neural network (CNN)-based method for renal masses classification into cyst versus solid and then categorized solid renal masses into benign and malignant.For the application of detecting scar tissue in the heart, I designed a novel algorithm that comprehensively learns and integrates inter-and intra-slice features from 3D late gadolinium enhancement (LGE)-MR images and allows to accurately delineate LV scar fully automatically.For the application of detecting prostate cancer (PCa), I described a U-Net-based methodology to segment prostate zones from T2-weighted (T2W) and apparent diffusion coefficient (ADC) map prostate MR images as a fundamental requirement for automated diagnosis of PCa.Furthermore, I presented an ensemble learning system for fully automated localization of peripheral zone PCa from the ADC map that has not been described previously.In this dissertation the method developed for different applications progressed from a CNN to the cascaded multi-planar U-Net and ensemble learning system.

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)0,002
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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 Opus0,009
Tête enseignante GPT0,337
Écart entre enseignants0,328 · 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

Citations0
Publié2020
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Résumé présentoui

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