Frenet–Serret Frame-Based Decomposition for Part Segmentation of 3-D Curvilinear Structures
Notice bibliographique
Résumé
Accurate segmentation of anatomical substructures within 3D curvilinear structures in medical imaging remains challenging due to their complex geometry and the scarcity of diverse, large-scale datasets for algorithm development and evaluation. In this paper, we use dendritic spine segmentation as a case study and address these challenges by introducing a novel Frenet-Serret Frame-based Decomposition, which decomposes 3D curvilinear structures into a globally smooth continuous curve that captures the overall shape, and a cylindrical primitive that encodes local geometric properties. This approach leverages Frenet-Serret Frames and arc length parameterization to preserve essential geometric features while reducing representational complexity, facilitating data-efficient learning, improved segmentation accuracy, and generalization on 3D curvilinear structures. To rigorously evaluate our method, we introduce two datasets: CurviSeg, a synthetic dataset for 3D curvilinear structure segmentation that validates our method's key properties, and DenSpineEM, a benchmark for dendritic spine segmentation, which comprises 4,476 manually annotated spines from 70 dendrites across three public electron microscopy datasets, covering multiple brain regions and species. Our experiments on DenSpineEM demonstrate exceptional cross-region and cross-species generalization: models trained on the mouse somatosensory cortex subset achieve 94.43% Dice, maintaining strong performance in zero-shot segmentation on both mouse visual cortex (95.61% Dice) and human frontal lobe (86.63% Dice) subsets. Moreover, we test the generalizability of our method on the IntrA dataset, where it achieves 77.08% Dice (5.29% higher than prior arts) on intracranial aneurysm segmentation from entire artery models. These findings demonstrate the potential of our approach for accurately analyzing complex curvilinear structures across diverse medical imaging fields. Our dataset, code, and models are available at https://github.com/VCG/FFD4DenSpineEM to support future research.
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 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 | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,003 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,002 |
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 ».