南方医科大学学报2024,Vol.44Issue(1) :83-92.DOI:10.12122/j.issn.1673-4254.2024.01.10

多期相CT合成辅助的腹部多器官图像分割

Multi-phase CT synthesis-assisted segmentation of abdominal organs

黄品瑜 钟丽明 郑楷宜 陈泽立 肖若琳 全显跃 阳维
南方医科大学学报2024,Vol.44Issue(1) :83-92.DOI:10.12122/j.issn.1673-4254.2024.01.10

多期相CT合成辅助的腹部多器官图像分割

Multi-phase CT synthesis-assisted segmentation of abdominal organs

黄品瑜 1钟丽明 1郑楷宜 1陈泽立 1肖若琳 1全显跃 2阳维1
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作者信息

  • 1. 南方医科大学生物医学工程学院//广东省医学图像处理重点实验室,广东 广州 510515
  • 2. 南方医科大学珠江医院影像诊断科,广东 广州 510282
  • 折叠

摘要

目的 提出并探讨使用多期相CT合成辅助腹部多器官分割方法.方法 提出多期相CT合成辅助腹部多器官分割,多期相CT能够充分提供同一器官不同的图像细节,从而为分割模型提供充分的全面的语义信息,提升腹部多个器官分割的性能.提出基于多头自注意力感知的多期相CT合成方法,引入基于多头自注意力机制的Transformer模块,提升合成网络捕捉长距离语义信息的能力,扩大网络的感受野,并且引入感知损失,在特征层面对合成图像与真实图像特征之间的差异最小化,与Transformer模块有协同作用,从而合成出更清晰、更高质量的多期相CT图像.结果 使用南方医院的多期相CT数据集训练模型.其中用526例多期相CT训练合成模型,利用动脉期增强动脉CT(A.CECT)合成出平扫CT(NECT)、静脉期CECT(V.CECT)、延迟期CECT(D.CECT)的平均最大化绝对误差(MAE)分别为19.192±3.381、20.140±2.676、22.538±2.874,结合统计学对比,本文方法优于对比的其他图像合成方法(P<0.05).多期相CT合成辅助的腹部多器官分割方法验证在内部验证集上进行验证平均Dice系数(DSC)为0.847,在外部验证集上进行验证平均DSC为0.823.结论 本文方法能够合成出高质量的多期相CT图像以有效缓解不同期相CT之间存在的配准无法解决的误差问题,同时提高腹部13器官的分割性能,具有良好的泛化性能.

Abstract

Objective To propose a method for abdominal multi-organ segmentation assisted by multi-phase CT synthesis.Methods Multi-phase CT synthesis for synthesizing high-quality CT images was used to increase the information details for image segmentation.A transformer block was introduced to help to capture long-range semantic information in cooperation with perceptual loss to minimize the differences between the real image and synthesized image.Results The model was trained using multi-phase CT dataset of 526 total cases from Nanfang Hospital.The mean maximum absolute error(MAE)of the synthesized non-contrast CT,venous phase contrast-enhanced CT(CECT),and delay phase CECT images from arterial phase CECT was 19.192±3.381,20.140±2.676 and 22.538±2.874,respectively,which were better than those of images synthesized using other methods.Validation of the multi-phase CT synthesis-assisted abdominal multi-organ segmentation method showed an average dice coefficient of 0.847 for the internal validation set and 0.823 for the external validation set.Conclusion The propose method is capable of synthesizing high-quality multi-phase CT images to effectively reduce the errors in registration between different phase CT images and improve the performance for segmentation of 13 abdominal organs.

关键词

腹部多器官分割/多期相CT合成/对抗生成网络/Transformer

Key words

abdominal multi-organ segmentation/multi-phase CT synthesis/adversarial generative networks/Transformer

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基金项目

国家自然科学基金(82172020)

国家自然科学基金(62101239)

国家自然科学基金(82370674)

广东省自然科学基金(82172020)

广东省自然科学基金(62101239)

广东省自然科学基金(82370674)

出版年

2024
南方医科大学学报
南方医科大学

南方医科大学学报

CSTPCD北大核心
影响因子:1.654
ISSN:1673-4254
参考文献量5
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