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Enregistrement W4399478109 · doi:10.1002/mp.17242

Semi‐supervised learning framework with shape encoding for neonatal ventricular segmentation from 3D ultrasound

2024· article· en· W4399478109 sur OpenAlexafffund
Zachary Szentimrey, Abdullah Al‐Hayali, Sandrine de Ribaupierre, Aaron Fenster, Eranga Ukwatta

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueFetal and Pediatric Neurological Disorders
Établissements canadiensWestern UniversityLondon Health Sciences CentreUniversity of Guelph
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaGovernment of CanadaCanadian Institutes of Health ResearchGovernment of Ontario
Mots-clésSegmentationEncoding (memory)UltrasoundArtificial intelligenceComputer sciencePattern recognition (psychology)MedicineRadiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Three-dimensional (3D) ultrasound (US) imaging has shown promise in non-invasive monitoring of changes in the lateral brain ventricles of neonates suffering from intraventricular hemorrhaging. Due to the poorly defined anatomical boundaries and low signal-to-noise ratio, fully supervised methods for segmentation of the lateral ventricles in 3D US images require a large dataset of annotated images by trained physicians, which is tedious, time-consuming, and expensive. Training fully supervised segmentation methods on a small dataset may lead to overfitting and hence reduce its generalizability. Semi-supervised learning (SSL) methods for 3D US segmentation may be able to address these challenges but most existing SSL methods have been developed for magnetic resonance or computed tomography (CT) images. PURPOSE: To develop a fast, lightweight, and accurate SSL method, specifically for 3D US images, that will use unlabeled data towards improving segmentation performance. METHODS: We propose an SSL framework that leverages the shape-encoding ability of an autoencoder network to enforce complex shape and size constraints on a 3D U-Net segmentation model. The autoencoder created pseudo-labels, based on the 3D U-Net predicted segmentations, that enforces shape constraints. An adversarial discriminator network then determined whether images came from the labeled or unlabeled data distributions. We used 887 3D US images, of which 87 had manually annotated labels and 800 images were unlabeled. Training/validation/testing sets of 25/12/50, 25/12/25 and 50/12/25 images were used for model experimentation. The Dice similarity coefficient (DSC), mean absolute surface distance (MAD), and absolute volumetric difference (VD) were used as metrics for comparing to other benchmarks. The baseline benchmark was the fully supervised vanilla 3D U-Net while dual task consistency, shape-aware semi-supervised network, correlation-aware mutual learning, and 3D U-Net Ensemble models were used as state-of-the-art benchmarks with DSC, MAD, and VD as comparison metrics. The Wilcoxon signed-rank test was used to test statistical significance between algorithms for DSC and VD with the threshold being p < 0.05 and corrected to p < 0.01 using the Bonferroni correction. The random-access memory (RAM) trace and number of trainable parameters were used to compare the computing efficiency between models. RESULTS: Relative to the baseline 3D U-Net model, our shape-encoding SSL method reported a mean DSC improvement of 6.5%, 7.7%, and 4.1% with a 95% confidence interval of 4.2%, 5.7%, and 2.1% using image data splits of 25/12/50, 25/12/25, and 50/12/25, respectively. Our method only used a 1GB increase in RAM compared to the baseline 3D U-Net and required less than half the RAM and trainable parameters compared to the 3D U-Net ensemble method. CONCLUSIONS: Based on our extensive literature survey, this is one of the first reported works to propose an SSL method designed for segmenting organs in 3D US images and specifically one that incorporates unlabeled data for segmenting neonatal cerebral lateral ventricles. When compared to the state-of-the-art SSL and fully supervised learning methods, our method yielded the highest DSC and lowest VD while being computationally efficient.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Autre devis · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,897
Score d'incertitude au seuil0,871

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
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 Opus0,014
Tête enseignante GPT0,263
Écart entre enseignants0,249 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeAutre devis
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

Citations3
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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