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Enregistrement W4406619178 · doi:10.1088/2057-1976/ada6ba

Automatic segmentation of MRI images for brain radiotherapy planning using deep ensemble learning

2025· article· en· W4406619178 sur OpenAlexaff
SA Yoganathan, Tarraf Torfeh, Satheesh Paloor, Rabih Hammoud, Noora Al‐Hammadi, Rui Zhang

Notice bibliographique

RevueBiomedical Physics & Engineering Express · 2025
Typearticle
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueAdvanced Radiotherapy Techniques
Établissements canadiensHorizon Health NetworkSaint John Regional Hospital
Organismes subventionnairesLouisiana Board of RegentsAmerican Cancer Society
Mots-clésArtificial intelligenceSegmentationSoftmax functionPattern recognition (psychology)Convolutional neural networkComputer scienceHausdorff distanceDeep learningMagnetic resonance imagingArtificial neural networkMedicineRadiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Background and Purpose : This study aimed to develop and evaluate an efficient method to automatically segment T1- and T2-weighted brain magnetic resonance imaging (MRI) images. We specifically compared the segmentation performance of individual convolutional neural network (CNN) models against an ensemble approach to advance the accuracy of MRI-guided radiotherapy (RT) planning. Materials and Methods. The evaluation was conducted on a private clinical dataset and a publicly available dataset (HaN-Seg). Anonymized MRI data from 55 brain cancer patients, including T1-weighted, T1-weighted with contrast, and T2-weighted images, were used in the clinical dataset. We employed an EDL strategy that integrated five independently trained 2D neural networks, each tailored for precise segmentation of tumors and organs at risk (OARs) in the MRI scans. Class probabilities were obtained by averaging the final layer activations (Softmax outputs) from the five networks using a weighted-average method, which were then converted into discrete labels. Segmentation performance was evaluated using the Dice similarity coefficient (DSC) and Hausdorff distance at 95% (HD95). The EDL model was also tested on the HaN-Seg public dataset for comparison. Results. The EDL model demonstrated superior segmentation performance on both the clinical and public datasets. For the clinical dataset, the ensemble approach achieved an average DSC of 0.7 ± 0.2 and HD95 of 4.5 ± 2.5 mm across all segmentations, significantly outperforming individual networks which yielded DSC values ≤0.6 and HD95 values ≥14 mm. Similar improvements were observed in the HaN-Seg public dataset. Conclusions. Our study shows that the EDL model consistently outperforms individual CNN networks in both clinical and public datasets, demonstrating the potential of ensemble learning to enhance segmentation accuracy. These findings underscore the value of the EDL approach for clinical applications, particularly in MRI-guided RT planning.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
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: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,015

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
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 Opus0,008
Tête enseignante GPT0,299
Écart entre enseignants0,292 · 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

Citations2
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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