Blood oxygen level dependent (BOLD) MRI time series with maternal hyperoxia can assess placental oxygenation and function. Measuring precise BOLD changes in the placenta requires accurate temporal placental segmentation and is confounded by fetal and maternal motion, contractions, and hyperoxia-induced intensity changes. Current BOLD placenta segmentation methods warp a manually annotated subject-specific template to the entire time series. However, as the placenta is a thin, elongated, and highly non-rigid organ subject to large deformations and obfuscated edges, existing work cannot accurately segment the placental shape, especially near boundaries. In this work, we propose a machine learning segmentation framework for placental BOLD MRI and apply it to segmenting each volume in a time series. We use a placental-boundary weighted loss formulation and perform a comprehensive evaluation across several popular segmentation objectives. Our model is trained and tested on a cohort of 91 subjects containing healthy fetuses, fetuses with fetal growth restriction, and mothers with high BMI. Biomedically, our model performs reliably in segmenting volumes in both normoxic and hyperoxic points in the BOLD time series. We further find that boundary-weighting increases placental segmentation performance by 8.3% and 6.0% Dice coefficient for the cross-entropy and signed distance transform objectives, respectively. Our code and trained model is available at https://github.com/mabulnaga/automatic-placenta-segmentation.


翻译:血氧水平依赖(BOLD)MRI时间序列结合母亲高氧干预可评估胎盘氧合状况与功能。准确测量胎盘中BOLD信号变化需要对胎盘进行精确的时间序列分割,但这一过程受到胎儿与母亲运动、子宫收缩以及高氧诱发的信号强度变化等因素干扰。现有BOLD胎盘分割方法通过将人工标注的个体化模板变形配准至整个时间序列。然而,胎盘作为形态细长、高度非刚性的器官,存在大形变且边缘模糊,现有方法难以准确分割胎盘形状,尤其边界区域。本文提出一种面向胎盘BOLD MRI的机器学习分割框架,并应用于时间序列中每个体素的分割。我们采用基于胎盘边界加权的损失函数,并在多种主流分割目标函数下进行全面评估。模型在包含91例受试者的队列中进行训练与测试,涵盖健康胎儿、胎儿生长受限胎儿及高BMI母亲。在生物医学应用方面,该模型在BOLD时间序列的常氧和高氧阶段均能可靠分割体素。进一步研究发现,边界加权方法能使交叉熵与符号距离变换目标函数的Dice系数分别提升8.3%和6.0%。我们的代码与预训练模型已开源至:https://github.com/mabulnaga/automatic-placenta-segmentation

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
37+阅读 · 2021年8月2日
VIP会员
最新内容
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
10+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员