Boundary Distance Loss for Intra-/Extra-meatal Segmentation of Vestibular Schwannoma

要約

前庭神経鞘腫（VS）は、通常、内耳から脳に向かって成長します。内耳道の内側と外側に位置するため、それぞれ出生内と出生外の2つの領域に分けられます。胎外領域の成長は、臨床医が行う疾患管理を決定する重要な要因である。本研究では、extra-meatal部分に細分化されたVSセグメンテーションアプローチを提示する。137名の患者に対して縦断的に撮影された227のT2 MRIインスタンスからなるデータセット（術後インスタンスを除く）にアノテーションを行った。第一段階では腫瘍全体のセグメンテーションを行い、第二段階では第一段階で得られたマスクと共にT2 MRIを使用して、脳内/脳外セグメンテーションを行うという段階的なアプローチを提案する。予測される肉眼的境界の精度を向上させるために、Boundary Distance Lossと呼ばれるタスク固有の損失を導入する。その性能は、直接体腔内体腔外セグメンテーションタスクの性能、すなわち、ベースラインと対比して評価される。提案手法では、2段階のアプローチとBoundary Distance Lossを用いることにより、Dice scoreはextrameatal領域で0.8279+-0.2050、intrameatal領域で0.7744+-0.1352となり、Dice scoreがextrameatalで0.7939+-0.2325、intrameatalで0.7475+-0.1346であるベースラインよりも大幅に改善された。

要約(オリジナル)

Vestibular Schwannoma (VS) typically grows from the inner ear to the brain. It can be separated into two regions, intrameatal and extrameatal respectively corresponding to being inside or outside the inner ear canal. The growth of the extrameatal regions is a key factor that determines the disease management followed by the clinicians. In this work, a VS segmentation approach with subdivision into intra-/extra-meatal parts is presented. We annotated a dataset consisting of 227 T2 MRI instances, acquired longitudinally on 137 patients, excluding post-operative instances. We propose a staged approach, with the first stage performing the whole tumour segmentation and the second stage performing the intra-/extra-meatal segmentation using the T2 MRI along with the mask obtained from the first stage. To improve on the accuracy of the predicted meatal boundary, we introduce a task-specific loss which we call Boundary Distance Loss. The performance is evaluated in contrast to the direct intrameatal extrameatal segmentation task performance, i.e. the Baseline. Our proposed method, with the two-stage approach and the Boundary Distance Loss, achieved a Dice score of 0.8279+-0.2050 and 0.7744+-0.1352 for extrameatal and intrameatal regions respectively, significantly improving over the Baseline, which gave Dice score of 0.7939+-0.2325 and 0.7475+-0.1346 for the extrameatal and intrameatal regions respectively.

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