Improved robustness for deep learning-based segmentation of multi-center myocardial perfusion cardiovascular MRI datasets using data-adaptive uncertainty–guided space-time analysis
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Fully automatic analysis of myocardial perfusion cardiovascular magnetic resonance imaging datasets enables rapid and objective reporting of stress/rest studies in patients with suspected ischemic heart disease. Developing deep learning techniques that can analyze multi-center datasets despite limited training data and variations in software (pulse sequence) and hardware (scanner vendor) is an ongoing challenge. METHODS: Datasets from three medical centers acquired at 3T (n = 150 subjects; 21,150 first-pass images) were included: an internal dataset (inD; n = 95) and two external datasets (exDs; n = 55) used for evaluating the robustness of the trained deep neural network (DNN) models against differences in pulse sequence (exD-1) and scanner vendor (exD-2). A subset of inD (n = 85) was used for training/validation of a pool of DNNs for segmentation, all using the same spatiotemporal U-Net architecture and hyperparameters but with different parameter initializations. We employed a space-time sliding-patch analysis approach that automatically yields a pixel-wise "uncertainty map" as a byproduct of the segmentation process. In our approach, dubbed data-adaptive uncertainty-guided space-time (DAUGS) analysis, a given test case is segmented by all members of the DNN pool and the resulting uncertainty maps are leveraged to automatically select the "best" one among the pool of solutions. For comparison, we also trained a DNN using the established approach with the same settings (hyperparameters, data augmentation, etc.). RESULTS: The proposed DAUGS analysis approach performed similarly to the established approach on the inD (Dice score for the testing subset of inD: 0.896 ± 0.050 vs 0.890 ± 0.049; p = n.s.) whereas it significantly outperformed on the exDs (Dice for exD-1: 0.885 ± 0.040 vs 0.849 ± 0.065, p < 0.005; Dice for exD-2: 0.811 ± 0.070 vs 0.728 ± 0.149, p < 0.005). Moreover, the number of image series with "failed" segmentation (defined as having myocardial contours that include bloodpool or are noncontiguous in ≥1 segment) was significantly lower for the proposed vs the established approach (4.3% vs 17.1%, p < 0.0005). CONCLUSION: The proposed DAUGS analysis approach has the potential to improve the robustness of deep learning methods for segmentation of multi-center stress perfusion datasets with variations in the choice of pulse sequence, site location, or scanner vendor.
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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 | 0,006 | 0,013 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| 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 ».