Segmentation of human aorta using 3D nnU-net-oriented deep learning

分割 计算机科学 主动脉瓣 人工智能 医学 心脏病学 模式识别(心理学) 内科学
作者
Feng Li,Lianzhong Sun,Kwok‐Yan Lam,Songbo Zhang,Zhongming Sun,Bao Peng,Hongzeng Xu,Libo Zhang
出处
期刊:Review of Scientific Instruments [American Institute of Physics]
卷期号:93 (11) 被引量:9
标识
DOI:10.1063/5.0084433
摘要

Computed tomography angiography (CTA) has become the main imaging technique for cardiovascular diseases. Before performing the transcatheter aortic valve intervention operation, segmenting images of the aortic sinus and nearby cardiovascular tissue from enhanced images of the human heart is essential for auxiliary diagnosis and guiding doctors to make treatment plans. This paper proposes a nnU-Net (no-new-Net) framework based on deep learning (DL) methods to segment the aorta and the heart tissue near the aortic valve in cardiac CTA images, and verifies its accuracy and effectiveness. A total of 130 sets of cardiac CTA image data (88 training sets, 22 validation sets, and 20 test sets) of different subjects have been used for the study. The advantage of the nnU-Net model is that it can automatically perform preprocessing and data augmentation according to the input image data, can dynamically adjust the network structure and parameter configuration, and has a high model generalization ability. Experimental results show that the DL method based on nnU-Net can accurately and effectively complete the segmentation task of cardiac aorta and cardiac tissue near the root on the cardiac CTA dataset, and achieves an average Dice similarity coefficient of 0.9698 ± 0.0081. The actual inference segmentation effect basically meets the preoperative needs of the clinic. Using the DL method based on the nnU-Net model solves the problems of low accuracy in threshold segmentation, bad segmentation of organs with fuzzy edges, and poor adaptability to different patients' cardiac CTA images. nnU-Net will become an excellent DL technology in cardiac CTA image segmentation tasks.
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