Сегментация легочных узлов на снимках компьютерной томографии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье описывается решение задачи автоматизации процесса сегментации легочных узлов на снимках компьютерной томографии для расширения функционала разработанного ранее модуля определения размеров и объемов легочных узлов. Акцент в работе делается на сравнении точности работы моделей, имеющих архитектуры ResU-Net, Attention U-Net и Dense U-Net, при обучении на снимках компьютерной томографии в исходном виде и с применением двух предлагаемых трехканальных подходов к их предварительной обработке. Для трех рассмотренных архитектур достигнуты значения коэффициента схожести Дайса и пересечения над объединением в диапазонах 0,8570–0,8735 и 0,7545–0,7881 при обучении на трехканальных снимках с усреднением. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что применение методов предварительной обработки является перспективным для повышения точности сегментации. Также в статье описано обучение модели сегментации долей легких. Доработанный программный модуль принимает на вход снимки компьютерной томографии, а его выходные данные представляют собой обработанные снимки и структурированный отчет DICOM SR.

Об авторах

Анастасия Романовна Теплякова

Обнинский институт атомной энергетики – филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»

Автор, ответственный за переписку.
Email: anastasija-t23@mail.ru

старший преподаватель, аспирант

Россия, Обнинск

Список литературы

  1. Siegel R. L., Giaquinto A. N., Jemal A. Cancer statistics // CA: A Cancer Journal for Clinicians. 2024. Vol. 74(1). P. 12–49.
  2. Tursun-zade R. et al. Sex differences in lung cancer incidence and mortality in Russia in the light of computed tomography usage expansion: breakpoint and age-period-cohort analyses // Cancer Epidemiology. 2024. Vol. 93. P. 102654.
  3. Теплякова А. Р. Разработка модуля определения размеров и объемов легочных узлов // Информационные технологии и вычислительные системы. 2024. №1. С. 46–55.
  4. Гомболевский В. А. и др. Основные достижения низкодозной компьютерной томографии в скрининге рака легкого // Туберкулез и болезни легких. 2021. № 99 (1). С. 61–70.
  5. Armato 3rd S. G. et al. Data From LIDC-IDRI [Data set] // The Cancer Imaging Archive. 2015.
  6. Suji R. J. Et al. Optical Flow Methods for Lung Nodule Segmentation on LIDC-IDRI Images // Journal of Digital Imaging. 2020. Vol. 33(5). P. 1306–1324.
  7. Yang H. et al. Lung Nodule Segmentation and Uncertain Region Prediction With an Uncertainty-Aware Attention Mechanism // IEEE Transactions on Medical Imaging. 2024. Vol. 43(4). P. 1284–1295.
  8. Dong L., Liu H. Segmentation of Pulmonary Nodules Based on Improved UNet++ // Proceedings of the 14th International Congress on Image and Signal Processing, BioMedical Engineering and Informatics (CISP-BMEI). Shanghai, China, 2021. P. 1-5.
  9. Niranjan Kumar S. et al. Lung Nodule Segmentation Using UNet // Proceedings of the 7th International Conference on Advanced Computing and Communication Systems (ICACCS). 2021. P. 420-424.
  10. Bruntha P.M. et al. Lung_PAYNet: a pyramidal attention based deep learning network for lung nodule segmentation // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. P. 20330.
  11. Selvadass S. et al. SAtUNet: Series atrous convolution enhanced U-Net for lung nodule segmentation // International Journal of Imaging Systems and Technology. 2024. Vol. 34(1). P. 22964.
  12. Zhang, X. et al. Lung Nodule CT Image Segmentation Model Based on Multiscale Dense Residual Neural Network // Mathematics. 2023. Vol. 11(6). P. 1363.
  13. Chen Y. A. et al. Lung Nodule Segmentation in LDCT: Modified 3D nnUNet with Unified Focal Loss // Proceedings of the International Conference on Electrical, Computer and Energy Technologies (ICECET 2023). Cape Town, South Africa, 2023.
  14. Ghasemi S. et al. RePoint-Net detection and 3DSqU2 Net segmentation for automatic identification of pulmonary nodules in computed tomography images // Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering: Imaging & Visualization. 2023. Vol. 12(1). P. 2258998.
  15. Ma X. et al. An improved V-Net lung nodule segmentation model based on pixel threshold separation and attention mechanism // Scientific Reports. 2024. Vol. 14. P. 4743.
  16. Sweetline B. C. Overcoming the Challenge of Accurate Segmentation of Lung Nodules: A Multi-crop CNN Approach // Journal Of Imaging Informatics In Medicine. 2024 Vol. 37(3). P.988–1007.
  17. Chen W. et al. CT Lung Nodule Segmentation: A Comparative Study of Data Preprocessing and Deep Learning Models // IEEE Access. 2023. Vol. 11. P. 34925–34931.
  18. Теплякова А.Р., Шершнев Р.В., Старков С.О. Метод сегментации мышечной ткани на снимках компьютерной томографии на базе предобработанных трехканальных изображений // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. № 4, Т. 24. С. 661–664.
  19. Kaur R., Juneja M., Mandal A.K. A comprehensive review of denoising techniques for abdominal CT images // Multimedia Tools and Applications. 2018. Vol. 77(17). P. 22735–22770.
  20. Perona P., Malik J. Scale-Space and Edge Detection Using Anisotropic Diffusion // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 1990. Vol. 12(7). P. 629–639.
  21. Wasserthal J. Dataset with segmentations of 117 important anatomical structures in 1228 CT images (2.0.1) [Data set] // Zenodo. 2023.
  22. Armato 3rd S. G. et al. The Lung Image Database Consortium (LIDC) and Image Database Resource Initiative (IDRI): a completed reference database of lung nodules on CT scans // Medical Physics. 2011. Vol. 38(2). P. 915–931.
  23. Fedorov A. et al. Standardized representation of the TCIA LIDC-IDRI annotations using DICOM // The Cancer Imaging Archive. 2018.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».