Precise 3D segmentation of infant brain tissues is an essential step towards comprehensive volumetric studies and quantitative analysis of early brain developement. However, computing such segmentations is very challenging, especially for 6-month infant brain, due to the poor image quality, among other difficulties inherent to infant brain MRI, e.g., the isointense contrast between white and gray matter and the severe partial volume effect due to small brain sizes. This study investigates the problem with an ensemble of semi-dense fully convolutional neural networks (CNNs), which employs T1-weighted and T2-weighted MR images as input. We demonstrate that the ensemble agreement is highly correlated with the segmentation errors. Therefore, our method provides measures that can guide local user corrections. To the best of our knowledge, this work is the first ensemble of 3D CNNs for suggesting annotations within images. Furthermore, inspired by the very recent success of dense networks, we propose a novel architecture, SemiDenseNet, which connects all convolutional layers directly to the end of the network. Our architecture allows the efficient propagation of gradients during training, while limiting the number of parameters, requiring one order of magnitude less parameters than popular medical image segmentation networks such as 3D U-Net. Another contribution of our work is the study of the impact that early or late fusions of multiple image modalities might have on the performances of deep architectures. We report evaluations of our method on the public data of the MICCAI iSEG-2017 Challenge on 6-month infant brain MRI segmentation, and show very competitive results among 21 teams, ranking first or second in most metrics.


翻译:对婴儿脑组织进行三维分解是全面量子研究和早期大脑发育定量分析的一个重要步骤。然而,计算这种分解非常困难,特别是6个月的婴儿大脑,因为图像质量差,以及婴儿大脑MRI固有的其他困难,例如,白物质和灰物质之间的偏观对比,以及由于大脑规模小而造成的严重部分体积效应。这项研究调查了半神经全面神经网络(CNNs)的组合问题,这种网络使用T1加权和T2-加权MMM图像作为投入。我们证明,由于图像质量差,特别是6个月的婴儿大脑,这种分解非常困难,特别是6个月的婴儿大脑。因此,我们的方法提供了能够指导当地用户校正的措施。据我们所知,这项工作是3DCNN首次组合,用于在图像中提出说明。此外,由于最近对密集网络的第二次评估,我们提出了一个新的结构,即SEMDENet网络,它将所有与网络的分层直接连接起来。我们的结构结构结构的早期分层与分级值非常低,在需要多层次的医学分层研究期间,我们的结构结构结构的早期分级可以有效地传播。

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