EFNet: evidence fusion network for tumor segmentation from PET-CT volumes

分割 特征(语言学) 计算机科学 人工智能 卷积神经网络 融合 正电子发射断层摄影术 PET-CT 模式识别(心理学) 图像融合 核医学 医学 图像(数学) 语言学 哲学
作者
Zhaoshuo Diao,Huiyan Jiang,Xian‐Hua Han,Yudong Yao,Tianyu Shi
出处
期刊:Physics in Medicine and Biology [IOP Publishing]
卷期号:66 (20): 205005-205005 被引量:21
标识
DOI:10.1088/1361-6560/ac299a
摘要

Precise delineation of target tumor from positron emission tomography-computed tomography (PET-CT) is a key step in clinical practice and radiation therapy. PET-CT co-segmentation actually uses the complementary information of two modalities to reduce the uncertainty of single-modal segmentation, so as to obtain more accurate segmentation results. At present, the PET-CT segmentation methods based on fully convolutional neural network (FCN) mainly adopt image fusion and feature fusion. The current fusion strategies do not consider the uncertainty of multi-modal segmentation and complex feature fusion consumes more computing resources, especially when dealing with 3D volumes. In this work, we analyze the PET-CT co-segmentation from the perspective of uncertainty, and propose evidence fusion network (EFNet). The network respectively outputs PET result and CT result containing uncertainty by proposed evidence loss, which are used as PET evidence and CT evidence. Then we use evidence fusion to reduce uncertainty of single-modal evidence. The final segmentation result is obtained based on evidence fusion of PET evidence and CT evidence. EFNet uses the basic 3D U-Net as backbone and only uses simple unidirectional feature fusion. In addition, EFNet can separately train and predict PET evidence and CT evidence, without the need for parallel training of two branch networks. We do experiments on the soft-tissue-sarcomas and lymphoma datasets. Compared with 3D U-Net, our proposed method improves the Dice by 8% and 5% respectively. Compared with the complex feature fusion method, our proposed method improves the Dice by 7% and 2% respectively. Our results show that in PET-CT segmentation methods based on FCN, by outputting uncertainty evidence and evidence fusion, the network can be simplified and the segmentation results can be improved.

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