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Enregistrement W4410271094 · doi:10.1164/ajrccm.2025.211.abstracts.a3366

Data-Efficient Lung Segmentation Using Foundational Models: Improving Clinical Workflow With Segment Anything Model (SAM) for Hyperpolarized Gas MRI

2025· article· en· W4410271094 sur OpenAlexaff
Ramtin Babaeipour, Alexei Ouriadov, Grace Párraga, Matthew S. Fox

Notice bibliographique

RevueAmerican Journal of Respiratory and Critical Care Medicine · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueLung Cancer Diagnosis and Treatment
Établissements canadiensWestern University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésMedicineWorkflowSegmentationMagnetic resonance imagingLungRadiologyMedical physicsArtificial intelligenceInternal medicineComputer science

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Introduction: Hyperpolarized 129Xe/3 He lung MRI is a well-established method for evaluating pulmonary conditions and ventilation defects [1,2]. Traditional segmentation techniques [3] are effective but labor-intensive and time-consuming. Despite advances in deep learning (DL)-based segmentation of hyperpolarized gas MRI [4-6], the use of foundational models in this domain has been underutilized [7]. Our proof-of-concept research hypothesis is that foundational models, such as the Segment Anything Model (SAM) [8], can be utilized as efficient, ready-to-deploy for lung MRI segmentation in data-limited clinical environments. We propose that SAM can achieve superior segmentation performance compared to traditional convolutional neural networks (CNNs) even when trained on small datasets, making it a clinically viable tool for real-world use. Methods: We collected data from 56 participants (9 healthy, 28 COPD, 9 asthma, 10 COVID-19), resulting in 896 2D slices (128x128 pixels). The dataset was split 80% for training and 20% for testing. To assess data efficiency, experiments were performed with 25% of the training data. SAM was fine-tuned for segmentation using PyTorch on an NVIDIA GA102 GPU and compared to CNN-based models (UNet with ResNet18, ResNet152, VGG16, and VGG19). All models were evaluated on the same test set for consistency. Results: With only 25% of the available training data, SAM achieved a DSC of 0.97 for both proton and hyperpolarized gas MRI, significantly outperforming CNN models. UNet with VGG16 scored 0.89 for proton MRI and 0.78 for hyperpolarized gas MRI, while UNet with ResNet18 achieved 0.89 and 0.84, respectively. These results suggest that SAM can provide near-expert-level performance even in data-limited clinical settings. Conclusion: SAM outperformed traditional CNNs, particularly in data-limited conditions, demonstrating its potential as a robust, ready-to-deploy segmentation tool in clinical practice. Its ability to achieve high performance with minimal training data suggests SAM could be implemented in clinics where large datasets are not feasible, offering clinicians a fast, accurate, and scalable solution for lung MRI segmentation. Future work will explore one-shot learning techniques and larger datasets to enhance clinical applicability further. References: 1_Perron, S. et al. J_Magn_Reson_348, 107387 (2023).2_Kirby, M. et al. J_Appl_Physiol_114, 707-715 (2013). 3_Kirby, M. et al. Acad_Radiol_19, 141-152 (2012). 4_Astley, J. R. et al. Sci_Rep_12, 10566 (2022). 5_Astley, J. R. et al. J_Magn_Reson_Imaging_57, 1878-1890 (2022). 6_Astley, J. R. et al. Br_J_Radiol_95 (2022). 7_Babaeipour, R. et al. Bioengineering_10, 1349 (2023). 8_Kirillov, A. et al. ICCV, 3992-4003(2023).

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)0,003
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,008

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
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)0,0020,001

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 Opus0,072
Tête enseignante GPT0,410
Écart entre enseignants0,339 · 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
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

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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