Automatic Coronary Artery Segmentation of CCTA Images With an Efficient Feature-Fusion-and-Rectification 3D-UNet

分割 计算机科学 人工智能 卷积神经网络 特征(语言学) 模式识别(心理学) 计算机视觉 块(置换群论) 图像分割 数学 几何学 语言学 哲学
作者
Along Song,Lisheng Xu,Lu Wang,Bin Wang,Xiaofan Yang,Bu Xu,Benqiang Yang,Stephen E. Greenwald
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:26 (8): 4044-4055 被引量:65
标识
DOI:10.1109/jbhi.2022.3169425
摘要

Automatic coronary artery segmentation is of great value in diagnosing coronary disease. In this paper, we propose an automatic coronary artery segmentation method for coronary computerized tomography angiography (CCTA) images based on a deep convolutional neural network. The proposed method consists of three steps. First, to improve the efficiency and effectiveness of the segmentation, a 2D DenseNet classification network is utilized to screen out the non-coronary-artery slices. Second, we propose a coronary artery segmentation network based on the 3D-UNet, which is capable of extracting, fusing and rectifying features efficiently for accurate coronary artery segmentation. Specifically, in the encoding process of the 3D-UNet network, we adapt the dense block into the 3D-UNet so that it can extract rich and representative features for coronary artery segmentation; In the decoding process, 3D residual blocks with feature rectification capability are applied to improve the segmentation quality further. Third, we introduce a Gaussian weighting method to obtain the final segmentation results. This operation can highlight the more reliable segmentation results at the center of the 3D data blocks while weakening the less reliable segmentations at the block boundary when merging the segmentation results of spatially overlapping data blocks. Experiments demonstrate that our proposed method achieves a Dice Similarity Coefficient (DSC) value of 0.826 on a CCTA dataset constructed by us. The code of the proposed method is available at https://github.com/alongsong/3D_CAS.
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