Head and neck multi‐organ auto‐segmentation on CT images aided by synthetic MRI

轮廓 分割 头颈部 豪斯多夫距离 核医学 医学 视交叉 人工智能 计算机科学 解剖 视神经 外科 计算机图形学(图像)
作者
Yingzi Liu,Yang Lei,Yabo Fu,Tonghe Wang,Jun Zhou,Xiaojun Jiang,Mark W. McDonald,Jonathan J. Beitler,Walter J. Curran,Tian Liu,Xiaofeng Yang
出处
期刊:Medical Physics [Wiley]
卷期号:47 (9): 4294-4302 被引量:46
标识
DOI:10.1002/mp.14378
摘要

Because the manual contouring process is labor-intensive and time-consuming, segmentation of organs-at-risk (OARs) is a weak link in radiotherapy treatment planning process. Our goal was to develop a synthetic MR (sMR)-aided dual pyramid network (DPN) for rapid and accurate head and neck multi-organ segmentation in order to expedite the treatment planning process.Forty-five patients' CT, MR, and manual contours pairs were included as our training dataset. Nineteen OARs were target organs to be segmented. The proposed sMR-aided DPN method featured a deep attention strategy to effectively segment multiple organs. The performance of sMR-aided DPN method was evaluated using five metrics, including Dice similarity coefficient (DSC), Hausdorff distance 95% (HD95), mean surface distance (MSD), residual mean square distance (RMSD), and volume difference. Our method was further validated using the 2015 head and neck challenge data.The contours generated by the proposed method closely resemble the ground truth manual contours, as evidenced by encouraging quantitative results in terms of DSC using the 2015 head and neck challenge data. Mean DSC values of 0.91 ± 0.02, 0.73 ± 0.11, 0.96 ± 0.01, 0.78 ± 0.09/0.78 ± 0.11, 0.88 ± 0.04/0.88 ± 0.06 and 0.86 ± 0.08/0.85 ± 0.1 were achieved for brain stem, chiasm, mandible, left/right optic nerve, left/right parotid, and left/right submandibular, respectively.We demonstrated the feasibility of sMR-aided DPN for head and neck multi-organ delineation on CT images. Our method has shown superiority over the other methods on the 2015 head and neck challenge data results. The proposed method could significantly expedite the treatment planning process by rapidly segmenting multiple OARs.
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