A Stacked Generalization of 3D Orthogonal Deep Learning Convolutional Neural Networks for Improved Detection of White Matter Hyperintensities in 3D FLAIR Images
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND AND PURPOSE: Accurate and reliable detection of white matter hyperintensities and their volume quantification can provide valuable clinical information to assess neurologic disease progression. In this work, a stacked generalization ensemble of orthogonal 3D convolutional neural networks, StackGen-Net, is explored for improving automated detection of white matter hyperintensities in 3D T2-FLAIR images. MATERIALS AND METHODS: Individual convolutional neural networks in StackGen-Net were trained on 2.5D patches from orthogonal reformatting of 3D-FLAIR (n = 21) to yield white matter hyperintensity posteriors. A meta convolutional neural network was trained to learn the functional mapping from orthogonal white matter hyperintensity posteriors to the final white matter hyperintensity prediction. The impact of training data and architecture choices on white matter hyperintensity segmentation performance was systematically evaluated on a test cohort (n = 9). The segmentation performance of StackGen-Net was compared with state-of-the-art convolutional neural network techniques on an independent test cohort from the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative-3 (n = 20). RESULTS: StackGen-Net outperformed individual convolutional neural networks in the ensemble and their combination using averaging or majority voting. In a comparison with state-of-the-art white matter hyperintensity segmentation techniques, StackGen-Net achieved a significantly higher Dice score (0.76 [SD, 0.08], F1-lesion (0.74 [SD, 0.13]), and area under precision-recall curve (0.84 [SD, 0.09]), and the lowest absolute volume difference (13.3% [SD, 9.1%]). StackGen-Net performance in Dice scores (median = 0.74) did not significantly differ (P = .22) from interobserver (median = 0.73) variability between 2 experienced neuroradiologists. We found no significant difference (P = .15) in white matter hyperintensity lesion volumes from StackGen-Net predictions and ground truth annotations. CONCLUSIONS: A stacked generalization of convolutional neural networks, utilizing multiplanar lesion information using 2.5D spatial context, greatly improved the segmentation performance of StackGen-Net compared with traditional ensemble techniques and some state-of-the-art deep learning models for 3D-FLAIR.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».