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Enregistrement W6911647705 · doi:10.5281/zenodo.13894354

TotalSpineSeg: Robust Segmentation and Labeling of Vertebrae, Intervertebral Discs, Spinal Cord, and Spinal Canal in MRI Images Using nnU-Net and Iterative Algorithm

2024· other· en· W6911647705 sur OpenAlexaffabout

Notice bibliographique

RevueZenodo (CERN European Organization for Nuclear Research) · 2024
Typeother
Langueen
Domaine
Thématique
Établissements canadiensPolytechnique Montréal
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSegmentationSpinal canalProcess (computing)VertebraImage segmentationIterative and incremental developmentPattern recognition (psychology)Intervertebral disc

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

TotalSpineSeg is a tool for automatic instance segmentation of all vertebrae, intervertebral discs (IVDs), spinal cord, and spinal canal in MRI images. It is robust to various MRI contrasts, acquisition orientations, and resolutions. The model used in TotalSpineSeg is based on nnU-Net as the backbone for training and inference [1,2]. TotalSpineSeg uses a hybrid approach that integrates nnU-Net with an iterative algorithm for instance segmentation and labeling of vertebrae, IVDs, spinal cord, and spinal canal. The process involves two main steps: Step 1: An nnU-Net model (Dataset101) was trained to identify nine classes in total. This includes four main classes: spinal cord, spinal canal, IVDs, and vertebrae. Additionally, it identifies four specific IVDs: C2-C3, C7-T1, T12-L1, and L5-S, which represent key anatomical landmarks along the spine, as well as the C1 vertebra to determine whether the MRI images include C1. The output segmentation was processed using an iterative algorithm to extract individual IVDs, from which the odd IVDs segmentation was extracted. Step 2: A second nnU-Net model (Dataset102) was trained to identify ten classes in total. This includes five main classes: spinal cord, spinal canal, IVDs, odd vertebrae, and even vertebrae. Additionally, it identifies four specific IVDs: C2-C3, C7-T1, T12-L1, and L5-S, which represent key anatomical landmarks along the spine, as well as the sacrum. This model uses two input channels: the MRI image and the odd IVDs extracted from the first step. The output segmentation was processed using an algorithm that assigns individual labels to each vertebra and IVD in the final segmentation. The model was trained on these 3 main datasets: Private whole-spine dataset SPIDER project dataset [3] Spine Generic Project, including single and multi subject datasets [4,5] Manual labels from the SPIDER dataset were utilized for training. For other datasets, spinal cord segmentation was obtained using multiple models [6–8], followed by manual correction using 3D Slicer and subsequent registration to the PAM50 template to obtain the vertebrae, IVDs, and spinal canal segmentations using the Spinal Cord Toolbox (SCT) [9,10]. An initial segmentation model was trained with these labels, applied to the datasets, and the resulting outputs were further refined through manual correction in 3D Slicer. Additional public datasets were used during this project to generate sacrum segmentations: GoldAtlas [11] SynthRAD2023 [12] MRSpineSeg [13] When not available, sacrum segmentations were generated using the TotalSegmentator model [14]. References Isensee F, Jaeger PF, Kohl SAA, Petersen J, Maier-Hein KH. nnU-Net: a self-configuring method for deep learning-based biomedical image segmentation. Nat Methods. 2021;18: 203–211. doi:10.1038/s41592-020-01008-z Isensee F, Wald T, Ulrich C, Baumgartner M, Roy S, Maier-Hein K, et al. NnU-Net revisited: A call for rigorous validation in 3D medical image segmentation. arXiv [cs.CV]. 2024. doi:10.48550/ARXIV.2404.09556 van der Graaf JW, van Hooff ML, Buckens CFM, Rutten M, van Susante JLC, Kroeze RJ, et al. SPIDER - Lumbar spine segmentation in MR images: a dataset and a public benchmark. Zenodo; 2023. doi:10.5281/ZENODO.10159290 Cohen-Adad J. Spine generic public database (single subject). Zenodo; 2020. doi:10.5281/ZENODO.4299148 Cohen-Adad J, Alonso-Ortiz E, Abramovic M, Arneitz C, Atcheson N, Barlow L, et al. Spine generic public database (multi-subject). Zenodo; 2020. doi:10.5281/ZENODO.4299140 Gros C, De Leener B, Badji A, Maranzano J, Eden D, Dupont SM, et al. Automatic segmentation of the spinal cord and intramedullary multiple sclerosis lesions with convolutional neural networks. Neuroimage. 2019;184: 901–915. doi:10.1016/j.neuroimage.2018.09.081 Bédard S, Karthik EN, Tsagkas C, Pravatà E, Granziera C, Smith A, et al. Towards contrast-agnostic soft segmentation of the spinal cord. arXiv [eess.IV]. 2023. doi:10.48550/ARXIV.2310.15402 Karthik EN, Valošek J, Farner L, Pfyffer D, Schading-Sassenhausen S, Lebret A, et al. SCIsegV2: A universal tool for segmentation of intramedullary lesions in spinal cord injury. arXiv [cs.CV]. 2024. doi:10.48550/ARXIV.2407.17265 De Leener B, Fonov VS, Collins DL, Callot V, Stikov N, Cohen-Adad J. PAM50: Unbiased multimodal template of the brainstem and spinal cord aligned with the ICBM152 space. Neuroimage. 2018;165: 170–179. doi:10.1016/j.neuroimage.2017.10.041 De Leener B, Lévy S, Dupont SM, Fonov VS, Stikov N, Louis Collins D, et al. SCT: Spinal Cord Toolbox, an open-source software for processing spinal cord MRI data. Neuroimage. 2017;145: 24–43. doi:10.1016/j.neuroimage.2016.10.009 Nyholm T, Svensson S, Andersson S, Jonsson J, Sohlin M, Gustavsson C, et al. Gold atlas - male pelvis - gentle radiotherapy. Zenodo; 2017. doi:10.5281/ZENODO.601461 Thummerer A, Huijben E, Terpstra M, Gurney-Champion O, Afonso M, Pai S, et al. SynthRAD2023 Challenge design. Zenodo; 2023. doi:10.5281/ZENODO.7746020 Pang S, Pang C, Zhao L, Chen Y, Su Z, Zhou Y, et al. SpineParseNet: Spine parsing for volumetric MR image by a two-stage segmentation framework with semantic image representation. IEEE Trans Med Imaging. 2021;40: 262–273. doi:10.1109/TMI.2020.3025087 Wasserthal J, Breit H-C, Meyer MT, Pradella M, Hinck D, Sauter AW, et al. TotalSegmentator: Robust Segmentation of 104 Anatomic Structures in CT Images. Radiol Artif Intell. 2023;5: e230024. doi:10.1148/ryai.230024 Acknowledgments Funded by the Canada Research Chair in Quantitative Magnetic Resonance Imaging [CRC-2020-00179], the Canadian Institute of Health Research [PJT-190258], the Canada Foundation for Innovation [32454, 34824], the Fonds de Recherche du Québec - Santé [322736, 324636], the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada [RGPIN-2019-07244], the Canada First Research Excellence Fund (IVADO and TransMedTech), the Courtois NeuroMod project, the Quebec BioImaging Network [5886, 35450], INSPIRED (Spinal Research, UK; Wings for Life, Austria; Craig H. Neilsen Foundation, USA), Mila - Tech Transfer Funding Program.

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)0,002
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: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,028
Score d'incertitude au seuil0,056

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0040,002
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,004
Bibliométrie0,0040,002
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0030,002
Science ouverte0,0050,002
Intégrité de la recherche0,0040,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0060,003

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 Opus0,036
Tête enseignante GPT0,293
Écart entre enseignants0,256 · 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
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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