BraTS2023-SSA——BraTS2023撒哈拉以南非洲成人胶质瘤分割挑战

2023-12-04 19:40:12 浏览数 (1)

今天将分享BraTS2023撒哈拉以南非洲成人胶质瘤分割挑战完整实现版本,为了方便大家学习理解整个流程,将整个流程步骤进行了整理,并给出详细的步骤结果。感兴趣的朋友赶紧动手试一试吧。

一、BraTS2023-SSA介绍

脑肿瘤是最致命的癌症类型之一。大约 80% 的神经胶质瘤患者在诊断后两年内死亡。一般来说,脑肿瘤诊断困难、治疗困难,并且对传统疗法具有固有的抵抗力。过去 30 年来,为了改善神经胶质瘤的诊断和治疗,经过多年的广泛研究,美国的死亡率降低了 7%。尽管这些研究创新力度不大,但并没有转化为低收入和中等收入国家 (LMIC) 成人和儿童生存率的改善,特别是在非洲人口中,撒哈拉以南非洲地区的死亡率平均上升约 25%,同时北半球国家的死亡率下降增幅高达 30%。神经胶质瘤的长期生存与脑部 MRI 上适当病理特征的识别和组织病理学的确认有关。自 2021 年以来,BraTS 挑战赛评估了用于检测、表征和分类脑胶质瘤的最先进的机器学习方法。然而,目前尚不清楚最先进的方法是否可以在撒哈拉以南非洲广泛实施,因为广泛使用低质量的MRI技术,产生较差的图像对比度和分辨率,更重要的是,延迟呈现的倾向撒哈拉以南非洲地区的晚期疾病和神经胶质瘤的独特特征(即疑似神经胶质增生率较高)。

BraTS-非洲挑战赛提供了一个独特的机会,将来自撒哈拉以南非洲的脑 MRI 神经胶质瘤病例纳入研究,以开发和评估在资源有限的环境中用于脑肿瘤管理的计算机辅助诊断 (CAD) 方法,这些方法有潜力 CAD 工具更有可能实现医疗保健转型。BraTs-Africa 2023 挑战赛首次提供了在成年人群中进行标记的训练、验证和测试数据集,这些数据集是在非洲 MRI 教育和研究促进联盟 (CAMERA) 的支持下通过非洲成像中心协作网络收集的 )以及健康公平领域 Lacuna 基金的资助。

二、BraTS2023-SSA任务

非洲成人脑肿瘤亚区域分割。

三、BraTS2023-SSA数据集

BraTS-Africa 2023 挑战赛提供了最大的带注释、公开的非洲成年神经胶质瘤术前回顾性队列,包括低级别胶质瘤 (LGG) 和胶质母细胞瘤/高级别胶质瘤 (GBM/HGG)。这些数据包括常规多参数 MRI (mpMRI) 临床扫描,这些扫描是使用传统脑肿瘤成像协议从多个机构获取的标准临床护理的一部分。mpMRI 扫描是 T1 加权 (T1)、对比后 T1 加权 (T1Gd)、T2 加权 (T2) 和 T2 流体衰减反转恢复 (T2-FLAIR) MRI 。所有成像数据均由在神经肿瘤学领域拥有丰富经验的委员会认证放射科医生进行审核,并使用 BraTS 预处理和注释协议进行预处理和手动注释,以生成训练、验证和测试数据集。每个病例的肿瘤亚区域的真实注释均得到了神经放射学家专家的批准。

该数据集包括 60 例标注训练样本、15 例未标注验证样本,以及 30 例测试样本。每例提供四种序列 MR 的输入图像(t1w, t1c, t2w, t2f)以及胶质瘤的分割结果,标注内容主要包括非增强肿瘤核心(NC)、水肿(Oedema)和增强型肿瘤(ET):增强肿瘤:包括对比后图像上相对于对比前图像而言 T1 信号显着增加的肿瘤的所有部分。这包括任何离散可见的硬脑膜尾部,但不包括邻近的血管,即使异常增大。内在 T1 高信号也不包含在该标签中。非增强肿瘤核心:包括肿瘤核心的所有不增强的部分(即通常会被外科医生切除的部分)。这包括坏死、囊性变、钙化,甚至延伸至肿瘤的外生性骨质增生。这还包括固有的 T1 高信号,例如瘤内出血和脂肪。周围非增强 FLAIR 高信号:是肿瘤周围 FLAIR 信号异常的整个范围,不属于肿瘤核心的一部分。

四、技术路线

1、根据固定阈值和形态学最大连通域分析得到大脑ROI区域,然后提取原始图像和标注图像的ROI。

2、分析步骤1的ROI图像信息,得到图像平均大小是136x170x140,因此将图像缩放到固定大小160x160x160。

3、图像预处理,对步骤2的原始图像进行像素值(1,99)截断,然后采用均值为0,方差为1的方式进行归一化处理。然后将数据分成训练集和验证集,对训练集做5倍数据增强处理。

4、搭建VNet3d网络,使用AdamW优化器,学习率是0.001,batchsize是3,epoch是200,损失函数采用多分类的dice和交叉熵。

5、训练结果和验证结果

6、验证集分割结果

左图是金标准结果,右图是网络预测结果。

7、测试集分割结果

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