Comparative Analysis of Foundational, Advanced, and Traditional Deep Learning Models for Hyperpolarized Gas MRI Lung Segmentation: Robust Performance in Data-Constrained Scenarios
Notice bibliographique
Résumé
This study investigates the comparative performance of foundational models, advanced large-kernel architectures, and traditional deep learning approaches for hyperpolarized gas MRI segmentation across progressive data reduction scenarios. Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) remains a leading global health concern, and advanced imaging techniques are crucial for its diagnosis and management. Hyperpolarized gas MRI, utilizing helium-3 (3He) and xenon-129 (129Xe), offers a non-invasive way to assess lung function. We evaluated foundational models (Segment Anything Model and MedSAM), advanced architectures (UniRepLKNet and TransXNet), and traditional deep learning models (UNet with VGG19 backbone, Feature Pyramid Network with MIT-B5 backbone, and DeepLabV3 with ResNet152 backbone) using four data availability scenarios: 100%, 50%, 25%, and 10% of the full training dataset (1640 2D MRI slices from 205 participants). The results demonstrate that foundational and advanced models achieve statistically equivalent performance across all data scenarios (p > 0.01), while both significantly outperform traditional architectures under data constraints (p < 0.001). Under extreme data scarcity (10% training data), foundational and advanced models maintained DSC values above 0.86, while traditional models experienced catastrophic performance collapse. This work highlights the critical advantage of architectures with large effective receptive fields in medical imaging applications where data collection is challenging, demonstrating their potential to democratize advanced medical imaging analysis in resource-limited settings.
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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 | 0,003 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».