摘要:本文讨论了一种针对脑肿瘤的医学图像分割改进模型,该模型是一种基于U-Net架构的深度学习算法。在传统U-Net基础上,引入GSConv模块和ECA注意力机制,提升模型在医学图像分割任务中的表现。通过这些改进,新的U-Net模型能够更高效地提取和利用多尺度特征,同时灵活地聚焦重要通道,从而显著提高分割效果。在实验过程中,对改进的U-Net模型进行了系统的训练和评估。通过观察训练集和测试集的loss曲线,我们发现两者的loss值在第8个epoch之后迅速下降到最低点,随后逐渐收敛并趋于稳定。这表明我们的模型具有良好的学习能力和泛化能力。此外,通过监测平均交集比(mIoU)的变化,我们可以看到在第35个epoch之后,mIoU逐渐趋近于0.8并且保持稳定,这进一步验证了模型的有效性。与传统U-Net相比,基于GSConv模块和ECA注意机制的改进版本在分割效果上表现出明显的优势,特别是在脑肿瘤图像边缘的处理上,改进模型能够提供更为准确的分割结果,这一成果不仅提高了医学图像分析的准确率,也为临床诊断提供了更可靠的技术支持。综上所述,本文提出的基于GSConv模块和ECA注意机制的改进U-Net模型为脑肿瘤医学图像分割提供了一种新的解决方案,其优越的性能有助于提高疾病的检测和治疗效果,在相关领域具有重要的意义。未来希望进一步挖掘该方法在其他类型医学图像处理中的应用潜力,推动医学影像事业的发展。
1 赫罗纳生物医学研究所 (IdIBGi) 放射医学影像科 (IDI),Josep Trueta 博士大学医院,赫罗纳,西班牙 2 巴塞罗那自治大学医学院精神病学和法律医学系,西班牙贝拉泰拉 3 卡洛斯三世健康研究所 (ISCIII),马德里,西班牙 4 CIBERSAM,马德里,西班牙 5 放射科 CDI,医院诊所巴塞罗那,西班牙巴塞罗那 6 糖尿病、内分泌和营养科 (UDEN),赫罗纳生物医学研究所 (IdIBGi),Josep Trueta 大学医院博士,赫罗纳,西班牙 7 CIBER Fisiopatología de la Obesidad y Nutrici on (CB06/03/0010),赫罗纳,西班牙 8 神经免疫学和多发性硬化科,神经内科,Josep 博士特鲁塔大学医院,赫罗纳,西班牙 9 医学科学系,西班牙赫罗纳大学医学院,赫罗纳 10 西班牙瓦伦西亚地区健康与生物医学研究促进基金会(FISABIO-Public Health)基因组学与健康系,瓦伦西亚 11 西班牙马德里 CIBEResp 12 西班牙国家研究委员会(CSIC-UVEG)瓦伦西亚大学综合系统生物学研究所(I2SysBio),瓦伦西亚 13 西班牙巴塞罗那奥古斯特皮和桑耶尔生物医学研究所(IDIBAPS)情绪和焦虑相关疾病成像(IMARD)组 14 西班牙巴塞罗那大学医学与健康科学学院医学系* 通讯:电子邮件:radua@recerca.clinic.cat;或发送电子邮件至:jmfreal@idibgi.org [更正于 2024 年 3 月 20 日首次在线出版后添加:最后一位作者的名字已从“José Manuel-Fern andez-Real”更正为“José Manuel Fern andez-Real”。]
A 节 – 定义 238 1. 定义 238 B 节 – AHP1 分类描述符 – 一般 240 AHP1 分类 – 一般 240 1. 应用 240 2. 实习生 – 医学影像技师(放射技师)和仅核医学技术人员 240 3. 年级 1 240 4. 年级 2 242 5. 年级 3 243 6. 年级 4 246 7. 年级 5 249 8. 年级 6 249 9. 年级 7 249 C 部分 – AHP1分类描述符 –放射治疗技术员(放射治疗师) 250 AHP1 分类描述 – 放射治疗技术员(放射治疗师) 250 1. 实习生 250 2. 放射治疗技术员(放射治疗师)1 级(合格) 250 3. 放射治疗(放射治疗师)技术员 2 级 251 4. 放射治疗技术员(放射治疗师)3 级 252 5. 放射治疗技术员(放射治疗师)4 级253 6. 5 级助理放射治疗经理 1 级(#) 253 7. 5 级助理放射治疗经理 2 级 253 8. 6 级副放射治疗经理 1 级 253 9. 6 级副放射治疗经理 2 级 (*) 254 10. 7 级放射治疗经理 1 级 254 11. 7 级放射治疗经理 2 级 (*) 254 第 D 部分 AHP1 分类描述符 - 超声波检查师255 AHP1 分类描述符 – 超声波技师 255 1. 超声波技师 1 级 255 2. 超声波技师实习生 2 级 255 3. 超声波技师 3 级 255 4. 超声波技师 4 级 255 5. 参加 AP 研究生超声波技师资格考试的员工 256 6. 高等资格津贴 256
多形性胶质母细胞瘤是一种侵袭性脑肿瘤,由于其侵袭性生长动力学,其存活率是所有人类癌症中最低的。这些动力学导致复发性肿瘤袋隐藏在医学影像之外,而标准的放射治疗和手术边缘无法覆盖这些肿瘤袋。通过偏微分方程 (PDE) 对肿瘤生长进行数学建模是众所周知的;然而,由于运行时间长、患者间解剖差异大以及忽略患者当前肿瘤的初始条件,它仍未在临床实践中采用。本研究提出了一种多形性胶质母细胞瘤肿瘤演化模型 GlioMod,旨在学习肿瘤浓度和大脑几何形状的时空特征,以制定个性化治疗计划。使用基于 PDE 的建模,从真实患者解剖结构生成 6,000 个合成肿瘤的数据集。我们的模型采用图像到图像回归,使用一种新颖的编码器-解码器架构来预测未来状态下的肿瘤浓度。 GlioMod 的测试是模拟肿瘤生长和重建患者解剖结构,在 900 对未见脑几何结构上与 PDE 求解的未来肿瘤浓度相对应。我们证明,通过神经建模实现的时空背景可以产生针对患者个性化的肿瘤演化预测,并且仍然可以推广到未见解剖结构。其性能在三个方面衡量:(1) 回归误差率、(2) 定量和定性组织一致性,以及 (3) 与最先进的数值求解器相比的运行时间。结果表明,GlioMod 可以高精度地预测肿瘤生长,速度提高了 2 个数量级,因此适合临床使用。GlioMod 是一个开源软件包,其中包括我们研究中从患者生成的合成肿瘤数据。
1 乔治华盛顿大学,华盛顿特区,美国。 2 加州大学伯克利分校电气工程与计算机科学系,加利福尼亚州伯克利,美国。 3 独立研究员,加利福尼亚州圣何塞,美国。 *通讯作者电子邮件:chris.tqy128@outlook.com 摘要。本文讨论了一种改进的脑肿瘤医学图像分割模型,该模型是一种基于U-Net架构的深度学习算法。在传统U-Net的基础上,引入GSConv模块和ECA注意机制来提高模型在医学图像分割任务中的表现。通过这些改进,新的U-Net模型能够更有效地提取和利用多尺度特征,同时灵活地关注重要通道,从而显著提高分割结果。在实验过程中,对改进的U-Net模型进行了系统的训练和评估。通过查看训练集和测试集的损失曲线,我们发现两者的损失值在第八个epoch之后都迅速下降到最低点,然后逐渐收敛并稳定下来。这表明我们的模型具有良好的学习能力和泛化能力。此外,通过监测平均交集比(mIoU)的变化,我们可以看到在第35个epoch之后,mIoU逐渐趋近于0.8并且保持稳定,这进一步验证了模型的有效性。与传统的U-Net相比,基于GSConv模块和ECA注意机制的改进版本在分割效果上表现出明显的优势。特别是在脑肿瘤图像边缘的处理上,改进的模型可以提供更准确的分割结果。这一成果不仅提高了医学图像分析的准确性,也为临床诊断提供了更可靠的技术支持。综上所述,本文提出的基于GSConv模块和ECA注意机制的改进U-Net模型为脑肿瘤医学图像分割提供了一种新的解决方案,其优越的性能有助于提高疾病的检测和治疗效果,在相关领域具有重要意义。未来我们希望进一步探索该方法在其他类型医学图像处理中的应用潜力,推动医学影像的发展。
a 瑞典隆德大学医学辐射物理学 b 英国萨里郡萨顿皇家马斯登医院和癌症研究所联合物理系 c 比利时根特大学医学物理学 d 意大利米兰国家肿瘤研究所 IRCCS 基金会核医学 e 丹麦哥本哈根大学医院 Rigshospitalet 临床生理学和核医学系 f 希腊里翁帕特雷大学医学物理系 3DMI 研究组 g 瑞士卢塞恩 Luzerner Kantonsspital 放射学和核医学系/瑞士卢塞恩大学健康科学与医学学院 h 希腊雅典国立和卡波迪斯特里安大学 Aretaieion 大学医院 i 西班牙巴拉卡尔多 Gurutzeta-Cruces 大学医院/Biocruces Bizkaia 健康研究所医学物理和辐射防护系 j 医学与健康学院核医学系,慕尼黑工业大学,德国慕尼黑 k 荷兰奈梅亨拉德堡德大学医学中心医学影像系 l 葡萄牙波尔图肿瘤研究所/波尔图综合癌症中心与健康研究网络 IPO 波尔图研究中心医学物理学、放射生物学与辐射防护组,葡萄牙波尔图 m 德国莱比锡莱比锡大学医学中心核医学系 n 挪威奥斯陆奥斯陆大学医院放射学与核医学科&挪威奥斯陆奥斯陆大学物理学系 o 德国维尔茨堡维尔茨堡大学医院核医学系 p 爱尔兰都柏林 Mater Misericordiae 大学医院 q IRCM,UMR 1194 INSERM,法国蒙彼利埃大学和蒙彼利埃地区癌症研究所 (ICM) & 核医学部,蒙彼利埃 R 地区癌症研究所法国蒙彼利埃癌症区域 (ICM)
(法国多发性硬化症注册中心,旨在为研究目的收集法国多发性硬化症患者群体的影像数据、临床数据和生物样本)和 FLI 2(法国生命成像,致力于建立一个国家分布式电子基础设施来管理和处理医学影像数据)。这些共同努力旨在自动分割 MS 患者的 MRI 扫描,以帮助临床医生进行日常工作。该挑战赛于 2021 年 9 月 23 日在 MICCAI 2021 会议上举行。更具体地说,本次挑战赛要解决的问题如下。传统 MRI 广泛用于疾病诊断、患者随访、治疗监测,更广泛地用于了解 MS 的自然史。越来越多的文献对通过比较一个时间点与另一个时间点来在 T2/FLAIR 上描绘新的 MS 病变感兴趣。这种标记物比病变的总数量和体积更为重要,因为新病变的积累可以让临床医生了解某种抗炎 DMD(疾病改良药物)是否对患者有效。药物疗效的唯一指标确实是中枢神经系统内没有新的 T2 病变。但是,手动执行新病变计数是一项非常复杂且耗时的任务。因此,自动检测这些新病变将成为评估患者疾病活动性的一大进步。基于第一次 MSSEG 挑战赛的成功,我们组织了一次由 MICCAI 赞助的在线挑战赛,这次的主题是新的 MS 病变检测 3。这次挑战赛使我们能够 1)估计 2016 年至 2021 年期间取得的进展,2)扩大患者数量,以及 3)关注新病变这一关键临床标记物。我们对一个大型数据库(100 名患者,每人有两个时间点)执行了评估任务,该数据库是从 OFSEP 队列汇编而成,其中包含来自不同中心和扫描仪的 3D FLAIR 图像。与之前的挑战一样,我们在专用平台 (FLI-IAM) 上进行了评估,以自动化评估并消除挑战者看到进行评估的图像而产生的潜在偏见。
通过胸部 X 光片进行预测:一项多中心研究 主要研究员:佐藤洋一 名古屋大学医学院 共同研究员:山本则夫 宫本整形外科医院 稻垣直哉 慈惠大学柏医院 家崎雄介 国立医院组织 名古屋医疗中心 高原俊介 兵库县立加古川医疗中心 尽管全世界患有骨质疏松症的患者数量正在增加,但目前的诊断和治疗还不够充分。在这项研究中,我们开发了一个深度学习模型来通过胸部 X 光片预测骨矿物质密度 (BMD) 和 T 值,胸部 X 光片是最常见、最容易获得且成本最低的医学影像检查方法之一。本研究中使用的数据集包含 17,899 张图像,这些图像对应于 2010 年至 2021 年期间在六家医院接受双能 X 射线吸收仪 (DXA) 和胸部 X 光检查的 10,102 名患者。对于学习标签,我们使用 (1) 髋部和腰椎的 BMD (g/cm2) 和 (2) 基于髋部或腰椎 T 分数的诊断(正常、骨质减少和骨质疏松症)。然后,我们通过胸部 X 光片、年龄和性别的集成学习来训练深度学习模型,以使用回归和 T 分数进行多类分类来预测 BMD。我们评估了以下两个指标来评估深度学习模型的性能:(1) 预测和真实 BMD 之间的相关性和 (2) 预测类别和真实类别之间 T 分数的一致性。BMD 预测的相关系数为髋部 = 0.75,腰椎 = 0.63。正常、骨质减少和骨质疏松诊断的 T 分数预测曲线下面积分别为 0.89、0.70 和 0.84。这些结果表明,所提出的深度学习模型可能适用于通过预测胸部 X 光片的 BMD 和 T 分数来筛查骨质疏松症患者。
Aljabar, P., Heckemann, RA, Hammers, A., Hajnal, JV, & Rueckert, D. (2009). 基于多图谱的脑图像分割:图谱选择及其对准确性的影响。神经图像,46 (3),726 – 738。Aljabar, P., Wolz, R., & Rueckert, D. (2012)。流形学习用于医学图像配准、分割和分类。机器学习在计算机辅助诊断中的应用:医学影像智能与分析,1,351 – 372。Arrigo, A., Mormina, E., Calamuneri, A., Gaeta, M., Granata, F., Marino, S., … Quartarone, A. (2017)。人脑半球间闭锁连接:基于约束球面反卷积的研究。 Clinical Neuroradiology , 27 (3), 275 – 281. Berman, S., Schurr, R., Atlan, G., Citri, A., & Mezer, AA (2020). 使用体内高分辨率 MRI 自动分割人类背侧隔膜。Cerebral Cortex Communications , 1 (1), 1 – 14. https://doi.org/10.1093/texcom/tgaa062 Brown, SP, Mathur, BN, Olsen, SR, Luppi, P.-H., Bickford, ME, & Citri, A. (2017). 在理解大脑皮层和隔膜之间功能相互作用的作用方面取得新突破。神经科学杂志, 37 (45), 10877 – 10881。Bruguier, H., Suarez, R., Manger, P., Hoerder-Suabedissen, A., Shelton, AM, Oliver, DK, … Puelles, L. (2020)。寻找隔膜和亚板的共同发育和进化起源。比较神经学杂志, 528 (17), 2956 – 2977。Chen, H., Dou, Q., Yu, L., Qin, J., & Heng, P.-A. (2018)。VoxResNet:用于从 3D MR 图像中分割大脑的深度体素残差网络。神经图像, 170, 446 – 455。Crick, FC, & Koch, C. (2005)。隔膜的功能是什么?英国皇家学会哲学学报B:生物科学,360(1458),1271-1279。
目标 1:加强医疗保健系统 通过以改善萨斯喀彻温省人民健康和福祉为重点的政策支持下、基于证据的战略制定,建立一个安全且反应迅速的卫生系统。 战略:我们为实现目标所采取的方法。 加强初级和社区护理 公民可以及时获得初级保健团队的服务,并从最合适的提供者那里获得服务,确保护理的连续性以及患者参与与其健康相关的决策。 关键行动:我们将采取哪些措施来实现这一目标。 • 扩大团队护理的覆盖范围: o 加快将执业护士和其他相关医疗专业人员纳入初级保健;以及 o 继续试行由执业护士主导的初级保健。 • 考虑省级初级保健更新监督委员会的建议并开始实施已批准的行动。 • 实施家庭医生的过渡支付模式,作为迈向混合人头费的一步。 • 采取行动提高省级检测能力并扩大性传播和血源性感染检测的覆盖范围,以防止进一步传播、启动护理和治疗并提供持续的护理和支持。 • 为与萨斯喀彻温省卫生局签订合同的第三方经营的长期护理院建立一致的资金方法。 策略:我们将采取的方法来实现我们的目标。 改善急症护理的可及性 患者能够及时获得高质量的急救和急症护理服务。 关键行动:我们将采取哪些措施来实现这一目标。 • 通过提高系统效率、针对长期等待的手术类别进行流程改进、改善患者路径以减少需求并确保手术的适当性以及继续招募所需的医疗保健专业人员来减少手术等待时间。 • 改善患者获得医学影像和诊断的机会并减少等待时间。 • 在里贾纳建立乳腺健康中心,并在该省对乳腺癌护理进行其他改进。 • 改善萨斯喀彻温省医疗保健系统的患者安全: o 按照省审计员的建议,推进关键事件报告改进措施的实施,以改善卫生系统内的安全文化;以及 o 培训员工监测关键事件建议的有效性和可持续性。 • 继续应对里贾纳和萨斯卡通的急症护理能力压力。
