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Enregistrement W4387965005 · doi:10.1002/mp.16811

Deep learning‐based ultrasound auto‐segmentation of the prostate with brachytherapy implanted needles

2023· article· en· W4387965005 sur OpenAlexafffund
Prakash Hampole, Thomas H. Harding, Derek J. Gillies, Nathan Orlando, Chandima Edirisinghe, Lucas C. Mendez, David D’Souza, Vikram Velker, Rohann Correa, Joelle Helou, Shuwei Xing, Aaron Fenster, Douglas A. Hoover

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueProstate Cancer Diagnosis and Treatment
Établissements canadiensRobarts Clinical TrialsLondon Health Sciences CentreWestern University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Institutes of Health ResearchLondon Health Sciences Foundation
Mots-clésProstate brachytherapyBrachytherapy3D ultrasoundSegmentationCoronal planeUltrasoundConvolutional neural networkMedicineArtificial intelligenceProstateSagittal planeNuclear medicineComputer scienceDeep learningRadiologyRadiation therapy

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Accurate segmentation of the clinical target volume (CTV) corresponding to the prostate with or without proximal seminal vesicles is required on transrectal ultrasound (TRUS) images during prostate brachytherapy procedures. Implanted needles cause artifacts that may make this task difficult and time-consuming. Thus, previous studies have focused on the simpler problem of segmentation in the absence of needles at the cost of reduced clinical utility. PURPOSE: To use a convolutional neural network (CNN) algorithm for segmentation of the prostatic CTV in TRUS images post-needle insertion obtained from prostate brachytherapy procedures to better meet the demands of the clinical procedure. METHODS: A dataset consisting of 144 3-dimensional (3D) TRUS images with implanted metal brachytherapy needles and associated manual CTV segmentations was used for training a 2-dimensional (2D) U-Net CNN using a Dice Similarity Coefficient (DSC) loss function. These were split by patient, with 119 used for training and 25 reserved for testing. The 3D TRUS training images were resliced at radial (around the axis normal to the coronal plane) and oblique angles through the center of the 3D image, as well as axial, coronal, and sagittal planes to obtain 3689 2D TRUS images and masks for training. The network generated boundary predictions on 300 2D TRUS images obtained from reslicing each of the 25 3D TRUS images used for testing into 12 radial slices (15° apart), which were then reconstructed into 3D surfaces. Performance metrics included DSC, recall, precision, unsigned and signed volume percentage differences (VPD/sVPD), mean surface distance (MSD), and Hausdorff distance (HD). In addition, we studied whether providing algorithm-predicted boundaries to the physicians and allowing modifications increased the agreement between physicians. This was performed by providing a subset of 3D TRUS images of five patients to five physicians who segmented the CTV using clinical software and repeated this at least 1 week apart. The five physicians were given the algorithm boundary predictions and allowed to modify them, and the resulting inter- and intra-physician variability was evaluated. RESULTS: Median DSC, recall, precision, VPD, sVPD, MSD, and HD of the 3D-reconstructed algorithm segmentations were 87.2 [84.1, 88.8]%, 89.0 [86.3, 92.4]%, 86.6 [78.5, 90.8]%, 10.3 [4.5, 18.4]%, 2.0 [-4.5, 18.4]%, 1.6 [1.2, 2.0] mm, and 6.0 [5.3, 8.0] mm, respectively. Segmentation time for a set of 12 2D radial images was 2.46 [2.44, 2.48] s. With and without U-Net starting points, the intra-physician median DSCs were 97.0 [96.3, 97.8]%, and 94.4 [92.5, 95.4]% (p < 0.0001), respectively, while the inter-physician median DSCs were 94.8 [93.3, 96.8]% and 90.2 [88.7, 92.1]%, respectively (p < 0.0001). The median segmentation time for physicians, with and without U-Net-generated CTV boundaries, were 257.5 [211.8, 300.0] s and 288.0 [232.0, 333.5] s, respectively (p = 0.1034). CONCLUSIONS: Our algorithm performed at a level similar to physicians in a fraction of the time. The use of algorithm-generated boundaries as a starting point and allowing modifications reduced physician variability, although it did not significantly reduce the time compared to manual segmentations.

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: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,017
Score d'incertitude au seuil0,034

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

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

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.

Tête enseignante Opus0,013
Tête enseignante GPT0,276
Écart entre enseignants0,263 · 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'étudeExpérimental (laboratoire)
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

Citations9
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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