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Enregistrement W3118315690 · doi:10.3390/jimaging7010005

Evaluating Performance of Microwave Image Reconstruction Algorithms: Extracting Tissue Types with Segmentation Using Machine Learning

2021· article· en· W3118315690 sur OpenAlexaff
Douglas Kurrant, Muhammad Omer, Nasim Abdollahi, Pedram Mojabi, Elise Fear, Joe LoVetri

Notice bibliographique

RevueJournal of Imaging · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueMicrowave Imaging and Scattering Analysis
Établissements canadiensUniversity of ManitobaUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer scienceArtificial intelligenceMicrowave imagingSegmentationAlgorithmIterative reconstructionInverse problemImage qualityMedical imagingImage segmentationMachine learningPattern recognition (psychology)Image (mathematics)MicrowaveMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Evaluating the quality of reconstructed images requires consistent approaches to extracting information and applying metrics. Partitioning medical images into tissue types permits the quantitative assessment of regions that contain a specific tissue. The assessment facilitates the evaluation of an imaging algorithm in terms of its ability to reconstruct the properties of various tissue types and identify anomalies. Microwave tomography is an imaging modality that is model-based and reconstructs an approximation of the actual internal spatial distribution of the dielectric properties of a breast over a reconstruction model consisting of discrete elements. The breast tissue types are characterized by their dielectric properties, so the complex permittivity profile that is reconstructed may be used to distinguish different tissue types. This manuscript presents a robust and flexible medical image segmentation technique to partition microwave breast images into tissue types in order to facilitate the evaluation of image quality. The approach combines an unsupervised machine learning method with statistical techniques. The key advantage for using the algorithm over other approaches, such as a threshold-based segmentation method, is that it supports this quantitative analysis without prior assumptions such as knowledge of the expected dielectric property values that characterize each tissue type. Moreover, it can be used for scenarios where there is a scarcity of data available for supervised learning. Microwave images are formed by solving an inverse scattering problem that is severely ill-posed, which has a significant impact on image quality. A number of strategies have been developed to alleviate the ill-posedness of the inverse scattering problem. The degree of success of each strategy varies, leading to reconstructions that have a wide range of image quality. A requirement for the segmentation technique is the ability to partition tissue types over a range of image qualities, which is demonstrated in the first part of the paper. The segmentation of images into regions of interest corresponding to various tissue types leads to the decomposition of the breast interior into disjoint tissue masks. An array of region and distance-based metrics are applied to compare masks extracted from reconstructed images and ground truth models. The quantitative results reveal the accuracy with which the geometric and dielectric properties are reconstructed. The incorporation of the segmentation that results in a framework that effectively furnishes the quantitative assessment of regions that contain a specific tissue is also demonstrated. The algorithm is applied to reconstructed microwave images derived from breasts with various densities and tissue distributions to demonstrate the flexibility of the algorithm and that it is not data-specific. The potential for using the algorithm to assist in diagnosis is exhibited with a tumor tracking example. This example also establishes the usefulness of the approach in evaluating the performance of the reconstruction algorithm in terms of its sensitivity and specificity to malignant tissue and its ability to accurately reconstruct malignant tissue.

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)0,010
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,038
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: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,010
Score d'incertitude au seuil0,055

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0100,038
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0040,002
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0030,001
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 Opus0,017
Tête enseignante GPT0,285
Écart entre enseignants0,267 · 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

Citations15
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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