論文の概要: Quantification of pulmonary involvement in COVID-19 pneumonia by means
of a cascade oftwo U-nets: training and assessment on multipledatasets using
different annotation criteria
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.02566v1
- Date: Thu, 6 May 2021 10:21:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2021-05-07 13:32:48.457936
- Title: Quantification of pulmonary involvement in COVID-19 pneumonia by means
of a cascade oftwo U-nets: training and assessment on multipledatasets using
different annotation criteria
- Title(参考訳): 2つのu-netのカスケードによるcovid-19肺炎の肺病変の定量化 : 異なる注釈基準を用いた複数データセットの訓練と評価
- Authors: Francesca Lizzi, Abramo Agosti, Francesca Brero, Raffaella Fiamma
Cabini, Maria Evelina Fantacci, Silvia Figini, Alessandro Lascialfari,
Francesco Laruina, Piernicola Oliva, Stefano Piffer, Ian Postuma, Lisa
Rinaldi, Cinzia Talamonti, Alessandra Retico
- Abstract要約: 本研究は、新型コロナウイルスの肺病変の同定、セグメント化、定量化のために人工知能(AI)を活用することを目的とする。
2つのU-netのカスケードをベースとした自動解析パイプラインLungQuantシステムを開発した。
LungQuantシステムにおけるCT-Severity Score(CT-SS)の精度も評価した。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 83.83783947027392
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: The automatic assignment of a severity score to the CT scans of patients
affected by COVID-19 pneumonia could reduce the workload in radiology
departments. This study aims at exploiting Artificial intelligence (AI) for the
identification, segmentation and quantification of COVID-19 pulmonary lesions.
We investigated the effects of using multiple datasets, heterogeneously
populated and annotated according to different criteria. We developed an
automated analysis pipeline, the LungQuant system, based on a cascade of two
U-nets. The first one (U-net_1) is devoted to the identification of the lung
parenchyma, the second one (U-net_2) acts on a bounding box enclosing the
segmented lungs to identify the areas affected by COVID-19 lesions. Different
public datasets were used to train the U-nets and to evaluate their
segmentation performances, which have been quantified in terms of the Dice
index. The accuracy in predicting the CT-Severity Score (CT-SS) of the
LungQuant system has been also evaluated. Both Dice and accuracy showed a
dependency on the quality of annotations of the available data samples. On an
independent and publicly available benchmark dataset, the Dice values measured
between the masks predicted by LungQuant system and the reference ones were
0.95$\pm$0.01 and 0.66$\pm$0.13 for the segmentation of lungs and COVID-19
lesions, respectively. The accuracy of 90% in the identification of the CT-SS
on this benchmark dataset was achieved. We analysed the impact of using data
samples with different annotation criteria in training an AI-based
quantification system for pulmonary involvement in COVID-19 pneumonia. In terms
of the Dice index, the U-net segmentation quality strongly depends on the
quality of the lesion annotations. Nevertheless, the CT-SS can be accurately
predicted on independent validation sets, demonstrating the satisfactory
generalization ability of the LungQuant.
- Abstract(参考訳): 新型コロナウイルス感染症患者のCTスキャンに重度スコアを自動割り当てることによって、放射線科の作業負荷が軽減される可能性がある。
本研究の目的は、新型コロナウイルスの肺病変の同定、分節化、定量化に人工知能(AI)を活用することである。
本研究は, 異種個体群とアノテート個体群を異なる基準で比較した。
2つのU-netのカスケードをベースとした自動解析パイプラインLungQuantシステムを開発した。
第1の1つ(U-net_1)は肺発作の同定に特化しており、第2の1つ(U-net_2)は、セグメント化された肺を囲む境界箱に作用し、COVID-19の病変によって影響を受ける領域を特定する。
u-netのトレーニングや、diceインデックスで定量化されたセグメンテーションパフォーマンスの評価に、さまざまな公開データセットが使用された。
LungQuantシステムにおけるCT-Severity Score(CT-SS)の精度も評価した。
diceと精度は、利用可能なデータサンプルのアノテーションの品質に依存することを示した。
独立で一般に入手可能なベンチマークデータセットでは、肺清算システムで予測されたマスクと基準マスクの間のサイス値は、それぞれ0.095$\pm$0.01と0.66$\pm$0.13であった。
このベンチマークデータセットにおけるCT-SSの同定精度は90%であった。
新型コロナウイルス肺炎におけるaiによる肺病変の定量化システムの訓練において,アノテーション基準の異なるデータサンプルを用いた場合の影響について検討した。
Dice indexの観点では、U-netセグメンテーションの品質は病変アノテーションの品質に強く依存する。
それでも、CT-SSは独立した検証セットで正確に予測することができ、LungQuantの十分な一般化能力を示す。
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