論文の概要: Cyto R-CNN and CytoNuke Dataset: Towards reliable whole-cell
segmentation in bright-field histological images
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.15638v2
- Date: Sun, 4 Feb 2024 16:47:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-07 02:43:51.376560
- Title: Cyto R-CNN and CytoNuke Dataset: Towards reliable whole-cell
segmentation in bright-field histological images
- Title（参考訳）: Cyto R-CNN と CytoNuke データセット: 明視野組織像における信頼性の高い全細胞分画を目指して
- Authors: Johannes Raufeisen, Kunpeng Xie, Fabian H\"orst, Till Braunschweig,
Jianning Li, Jens Kleesiek, Rainer R\"ohrig, Jan Egger, Bastian Leibe, Frank
H\"olzle, Alexander Hermans and Behrus Puladi
- Abstract要約: 我々は,セル全体を鮮視野画像に正確に分割できるネットワークアーキテクチャCyto R-CNNを提案する。
また,頭頸部扁平上皮癌細胞に対する数千の手動アノテーションからなる新しいデータセットCytoNukeも提示した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.83069198478997
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Background: Cell segmentation in bright-field histological slides is a
crucial topic in medical image analysis. Having access to accurate segmentation
allows researchers to examine the relationship between cellular morphology and
clinical observations. Unfortunately, most segmentation methods known today are
limited to nuclei and cannot segmentate the cytoplasm.
Material & Methods: We present a new network architecture Cyto R-CNN that is
able to accurately segment whole cells (with both the nucleus and the
cytoplasm) in bright-field images. We also present a new dataset CytoNuke,
consisting of multiple thousand manual annotations of head and neck squamous
cell carcinoma cells. Utilizing this dataset, we compared the performance of
Cyto R-CNN to other popular cell segmentation algorithms, including QuPath's
built-in algorithm, StarDist and Cellpose. To evaluate segmentation
performance, we calculated AP50, AP75 and measured 17 morphological and
staining-related features for all detected cells. We compared these
measurements to the gold standard of manual segmentation using the
Kolmogorov-Smirnov test.
Results: Cyto R-CNN achieved an AP50 of 58.65% and an AP75 of 11.56% in
whole-cell segmentation, outperforming all other methods (QuPath
$19.46/0.91\%$; StarDist $45.33/2.32\%$; Cellpose $31.85/5.61\%$). Cell
features derived from Cyto R-CNN showed the best agreement to the gold standard
($\bar{D} = 0.15$) outperforming QuPath ($\bar{D} = 0.22$), StarDist ($\bar{D}
= 0.25$) and Cellpose ($\bar{D} = 0.23$).
Conclusion: Our newly proposed Cyto R-CNN architecture outperforms current
algorithms in whole-cell segmentation while providing more reliable cell
measurements than any other model. This could improve digital pathology
workflows, potentially leading to improved diagnosis. Moreover, our published
dataset can be used to develop further models in the future.
- Abstract（参考訳）: 背景: 医用画像解析において, 明視野組織スライドにおける細胞分画は重要な課題である。
正確なセグメンテーションにアクセスすることで、細胞形態と臨床観察との関係を調べることができる。
残念なことに、今日知られているほとんどのセグメンテーション法は核に限られており、細胞質をセグメンテーションすることができない。
材料と方法:我々は、明るい視野の画像で(核と細胞質の両方を含む)全細胞を正確に分割できる新しいネットワークアーキテクチャであるcyto r-cnnを提案する。
また,頭頸部扁平上皮癌細胞に対する数千の手動アノテーションからなる新しいデータセットCytoNukeも提示した。
このデータセットを用いて,cyto r-cnnの性能をqupathの組み込みアルゴリズム,stardist,cellposeなど,他の一般的なセルセグメンテーションアルゴリズムと比較した。
セグメンテーション性能を評価するため,AP50,AP75を算出し,全検出細胞に対する17形態および染色関連特性を測定した。
我々はこれらの測定をKolmogorov-Smirnovテストを用いて手動セグメンテーションのゴールド標準と比較した。
結果: Cyto R-CNN は 58.65% の AP50 と 11.56% の AP75 を全セルセグメンテーションで達成した(QuPath $19.46/0.91\%$; StarDist $45.33/2.32\%$; Cellpose $31.85/5.61\%$)。
Cyto R-CNNから派生したセル特徴は、金の標準値(\bar{D} = 0.15$)がQuPath$\bar{D} = 0.22$)、StarDist$\bar{D} = 0.25$)、Cellpose$\bar{D} = 0.23$)を上回っていることを示している。
結論:新たに提案したCyto R-CNNアーキテクチャは,どのモデルよりも信頼性の高いセル計測を提供しながら,全セルセグメンテーションにおいて現在のアルゴリズムより優れている。
これはデジタル病理ワークフローを改善し、診断を改善する可能性がある。
さらに,我々のデータセットは将来,さらなるモデル開発に利用することができる。
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