Pulmonary trees extracted from CT images frequently exhibit topological incompleteness, such as missing or disconnected branches, which substantially degrades downstream anatomical analysis and limits the applicability of existing pulmonary tree modeling pipelines. Current approaches typically rely on dense volumetric processing, explicit graph reasoning, or generic point cloud completion priors, leading to limited efficiency, weak structural awareness, and reduced robustness under realistic structural corruption. We propose TopoField, a topology-aware implicit modeling framework that treats topology repair as a first-class modeling problem and enables unified multi-task inference for pulmonary tree analysis. TopoField represents pulmonary anatomy using sparse surface and skeleton point clouds and learns a continuous implicit field that supports topology repair without relying on complete or explicit disconnection annotations, by training on synthetically introduced structural disruptions over \textit{already} incomplete trees. Building upon the repaired implicit representation, anatomical labeling and lung segment reconstruction are jointly inferred through task-specific implicit functions within a single forward pass. Extensive experiments on the Lung3D+ dataset demonstrate that TopoField consistently improves topological completeness and achieves accurate anatomical labeling and lung segment reconstruction under challenging incomplete scenarios. We further validate TopoField on real incomplete outputs from an external segmentation model, demonstrating its applicability to realistic segmentation pipelines. Owing to its implicit formulation, TopoField attains high computational efficiency, completing all tasks in just over one second per case, highlighting its practicality for large-scale and time-sensitive clinical applications.


翻译:从CT图像中提取的肺树常存在拓扑不完全性(如分支缺失或断开),这严重降低了下游解剖分析的质量,并限制了现有肺树建模流程的适用性。当前方法通常依赖密集体素处理、显式图推理或通用点云补全先验,导致效率有限、结构感知能力弱,且在真实结构损坏场景下鲁棒性不足。我们提出TopoField框架——一种拓扑感知隐式建模方法,将拓扑修复作为优先建模问题,并支持肺树分析中的统一多任务推理。TopoField利用稀疏表面和骨架点云表征肺解剖结构,通过在不完全树上引入合成结构破坏进行训练,学习无需完整或显式断开标注即可支持拓扑修复的连续隐式场。基于修复后的隐式表示,通过单次前向传播中特定任务的隐式函数联合推断解剖标注和肺段重建。在Lung3D+数据集上的大量实验表明,TopoField持续提升拓扑完整性,并在具有挑战性的不完全场景下实现精确的解剖标注与肺段重建。我们进一步在外部分割模型输出的真实不完全结果上验证TopoField,证明其对实际分割流程的适用性。得益于隐式建模特性,TopoField实现高计算效率,每例病例全部任务耗时仅一秒余,凸显其在大规模及时间敏感型临床应用中的实用性。

0
下载
关闭预览

相关内容

视觉Transformer预训练模型的胸腔X线影像多标签分类
专知会员服务
14+阅读 · 2022年7月29日
专知会员服务
28+阅读 · 2021年10月6日
专知会员服务
37+阅读 · 2021年4月23日
专知会员服务
46+阅读 · 2020年12月4日
神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
35+阅读 · 2020年4月15日
基于深度学习的医学图像半监督分割
CVer
14+阅读 · 2020年9月24日
【学界】基于条件深度卷积生成对抗网络的图像识别方法
GAN生成式对抗网络
16+阅读 · 2018年7月26日
深度学习之CNN简介
Python技术博文
20+阅读 · 2018年1月10日
tensorflow项目学习路径
北京思腾合力科技有限公司
10+阅读 · 2017年11月23日
【深度】Deep Visualization:可视化并理解CNN
专知
12+阅读 · 2017年9月30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
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
0+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
3+阅读 · 2015年12月31日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关资讯
相关基金
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
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
0+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
3+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员