三维卷积神经网络在中耳手术相关颞骨影像自动分割中的应用探索

柯嘉, 吕弈, 杜雅丽, 等. 三维卷积神经网络在中耳手术相关颞骨影像自动分割中的应用探索[J]. 临床耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2020, 34(10): 870-873. doi: 10.13201/j.issn.2096-7993.2020.10.002
引用本文: 柯嘉, 吕弈, 杜雅丽, 等. 三维卷积神经网络在中耳手术相关颞骨影像自动分割中的应用探索[J]. 临床耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2020, 34(10): 870-873. doi: 10.13201/j.issn.2096-7993.2020.10.002
KE Jia, LV Yi, DU Yali, et al. Application of 3D U-net in automatic segmentation of middle ear surgery structures in temporal bone CT[J]. J Clin Otorhinolaryngol Head Neck Surg, 2020, 34(10): 870-873. doi: 10.13201/j.issn.2096-7993.2020.10.002
Citation: KE Jia, LV Yi, DU Yali, et al. Application of 3D U-net in automatic segmentation of middle ear surgery structures in temporal bone CT[J]. J Clin Otorhinolaryngol Head Neck Surg, 2020, 34(10): 870-873. doi: 10.13201/j.issn.2096-7993.2020.10.002

三维卷积神经网络在中耳手术相关颞骨影像自动分割中的应用探索

  • 基金项目:
    国家自然科学基金(No:61701014,61911540075);首都卫生发展科研专项项目资助(首发-2016-2-4094);北京大学第三医院院临床重点项目(No:BYSY2017025)
详细信息

Application of 3D U-net in automatic segmentation of middle ear surgery structures in temporal bone CT

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  • 目的 研究基于三维卷积神经网络3D U-net神经网络的深度学习方法, 在临床常规颞骨CT影像中, 对中耳手术相关的迷路、面神经和听骨进行全自动分割的可行性。方法 随机调取门诊常规行颞骨CT检查患者的薄层CT扫描数据30例为正常结构组, 既往耳蜗、面神经和听骨形态或走行变异者各1例为异常结构组。所有数据由两位临床医生在Mimics 20.0软件中, 对面神经、迷路和听骨3个结构进行手工初分割和精细分割, 同时利用3D U-Net对上述数据进行深度学习。分别对正常结构组中测试集5例和异常结构组中的迷路、听骨和面神经进行手工分割与自动分割的Dice相似指数(DSC)比较。结果 利用3D U-net网络结构对常规颞骨CT中迷路、听骨和面神经进行自动分割, 其DSC分别为0.79±0.03、0.64±0.05和0.49±0.09;对异常的迷路、听骨和面神经的识别, 其DSC也可达到0.71、0.54和0.40。结论 根据颞骨解剖特点, 采用3D U-net神经网络结构, 可以实现对迷路、听骨和面神经的全自动化分割, 并获得接近手工分割的精度, 该方法可行、快捷、准确度高。
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  • 图 1  采用手工分割与自动分割对正常解剖结构进行分割

    图 2  采用手工分割与自动分割对异常解剖结构进行分割

    表 1  自动分割与手工分割的DSC比较

    例数 迷路 听骨 面神经
    正常结构组
    训练集 1 250 0.81±0.02 0.63±0.05 0.54±0.06
    测试集 5 0.79±0.03 0.64±0.05 0.49±0.09
    异常结构组 1 0.71 0.54 0.40
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  • [1]

    潘亚玲, 王晗琦, 陆勇. 人工智能在医学影像CAD中的应用[J]. 国际医学放射学杂志, 2019, 42(1): 3-7. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GWLC201901002.htm

    [2]

    夏黎明, 沈坚, 张荣国, 等. 深度学习技术在医学影像领域的应用[J]. 协和医学杂志, 2018, 9(1): 10-14. doi: 10.3969/j.issn.1674-9081.2018.01.003

    [3]

    宫进昌, 赵尚义, 王远军. 基于深度学习的医学图像分割研究进展[J]. 中国医学物理学杂志, 2019, 36(4): 420-424. doi: 10.3969/j.issn.1005-202X.2019.04.010

    [4]

    Wullstein H. Theory and practice of tympanoplasty[J]. Laryngoscope, 1956, 66(8): 1076-1093.

    [5]

    Fauser J, Stenin I, Bauer M, et al. Toward an automatic preoperative pipeline for image-guided temporal bone surgery[J]. Int J Comput Assist Radiol Surg, 2019, 14(6): 967-976. doi: 10.1007/s11548-019-01937-x

    [6]

    Elfarnawany M, Rohani SA, Ghomashchi S, et al. Improved middle-ear soft-tissue visualization using synchrotron radiation phase-contrast imaging[J]. Hear Res, 2017, 354: 1-8. doi: 10.1016/j.heares.2017.08.001

    [7]

    Powell KA, Liang T, Hittle B, et al. Atlas-based segmentation of temporal bone anatomy[J]. Int J Comput Assist Radiol Surg, 2017, 12(11): 1937-1944. doi: 10.1007/s11548-017-1658-6

    [8]

    马晓波, 赵守琴, 李洁, 等. 正常耳颞骨内面神经形态分析[J]. 中国耳鼻咽喉头颈外科, 2015, 22(6): 287-289. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-EBYT201506010.htm

    [9]

    Noble JH, Labadie RF, Majdani O, et al. Automatic segmentation of intracochlear anatomy in conventional CT[J]. IEEE Trans Biomed Eng, 2011, 58(9): 2625-2632. doi: 10.1109/TBME.2011.2160262

    [10]

    Reda FA, Noble JH, Rivas A, et al. Automatic segmentation of the facial nerve and chorda tympani in pediatric CT scans[J]. Med Phys, 2011, 38(10): 5590-5600. doi: 10.1118/1.3634048

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出版历程
收稿日期:  2020-06-04
刊出日期:  2020-10-05

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