Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Burada, ultrason görüntülerinde tiroid nodülü tespiti için, uzun menzilli bağlam modellemesi yapmak için omurga olarak Swin Transformer'ı kullanan yeni bir model önerilmektedir. Deneyler, hassasiyet ve doğruluk açısından iyi performans gösterdiğini kanıtlamaktadır.
Son yıllarda tiroid kanseri insidansı giderek artmaktadır. Tiroid nodülü tespiti, tiroid kanserinin hem tespiti hem de tedavisi için kritik öneme sahiptir. Konvolüsyonel sinir ağları (CNN'ler) tiroid ultrasonu görüntü analizi görevlerinde iyi sonuçlar elde etmiştir. Bununla birlikte, evrişimsel katmanların sınırlı geçerli alıcı alanı nedeniyle, CNN'ler ultrason görüntülerinde tiroid nodüllerini tanımlamak için önemli olan uzun menzilli bağlamsal bağımlılıkları yakalayamamaktadır. Transformatör ağları, uzun menzilli bağlamsal bilgilerin yakalanmasında etkilidir. Bundan esinlenerek, Swin Transformer omurgasını ve Faster R-CNN'yi birleştiren yeni bir tiroid nodülü tespit yöntemi öneriyoruz. Spesifik olarak, bir ultrason görüntüsü ilk önce 1D gömme dizisine yansıtılır ve daha sonra hiyerarşik bir Swin Transformatörüne beslenir.
Swin Transformer omurgası, kendi kendine dikkatin hesaplanması için kaydırılmış pencereler kullanarak beş farklı ölçekte özellikler çıkarır. Daha sonra, farklı ölçeklerdeki özellikleri birleştirmek için bir özellik piramit ağı (FPN) kullanılır. Son olarak, sınırlayıcı kutuları ve karşılık gelen güven puanlarını tahmin etmek için bir algılama kafası kullanılır. Deneyleri yürütmek için 2.680 hastadan toplanan veriler kullanıldı ve sonuçlar, bu yöntemin CNN tabanlı taban çizgilerinden daha iyi performans göstererek% 44.8'lik en iyi mAP skorunu elde ettiğini gösterdi. Ayrıca rakiplerimize göre daha iyi hassasiyet (%90,5) elde ettik. Bu, bu modeldeki bağlam modellemesinin tiroid nodülü tespiti için etkili olduğunu göstermektedir.
Tiroid kanseri insidansı, özellikle orta yaşlı kadınlar arasında 1970 yılından bu yana hızla artmıştır1. Tiroid nodülleri tiroid kanserinin ortaya çıkışını öngörebilir ve çoğu tiroid nodülü asemptomatiktir2. Tiroid nodüllerinin erken teşhisi, tiroid kanserinin tedavisinde çok yardımcıdır. Bu nedenle, güncel uygulama kılavuzlarına göre, fizik muayenede nodüler guatr şüphesi olan veya anormal görüntüleme bulguları olan tüm hastalar daha ileri muayeneye tabi tutulmalıdır 3,4.
Tiroid ultrasonografisi (USG), tiroid lezyonlarını saptamak ve karakterize etmek için yaygın olarak kullanılan yaygın bir yöntemdir 5,6. ABD kullanışlı, ucuz ve radyasyonsuz bir teknolojidir. Bununla birlikte, ABD uygulamasıoperatör 7,8'den kolayca etkilenir. Tiroid nodüllerinin şekli, boyutu, ekojenitesi ve dokusu gibi özellikler US görüntülerinde kolayca ayırt edilebilir. Bazı ABD özellikleri - kalsifikasyonlar, ekojenite ve düzensiz sınırlar - genellikle tiroid nodüllerini tanımlamak için kriter olarak kabul edilse de, gözlemciler arası değişkenliğin varlığı kaçınılmazdır 8,9. Farklı deneyim düzeylerine sahip radyologların tanı sonuçları farklıdır. Deneyimsiz radyologların yanlış teşhis koyma olasılığı deneyimli radyologlardan daha yüksektir. ABD'nin yansımalar, gölgeler ve yankılar gibi bazı özellikleri görüntü kalitesini düşürebilir. US görüntülemenin doğasından kaynaklanan görüntü kalitesindeki bu bozulma, deneyimli doktorların bile nodülleri doğru bir şekilde bulmasını zorlaştırmaktadır.
Tiroid nodülleri için bilgisayar destekli tanı (KAH) son yıllarda hızla gelişmiştir ve farklı hekimlerin neden olduğu hataları etkili bir şekilde azaltabilir ve radyologların nodülleri hızlı ve doğru bir şekilde teşhis etmelerine yardımcı olabilir10,11. Tiroid US nodül analizi için segmentasyon 12,13, tespit14,15 ve sınıflandırma 16,17 dahil olmak üzere çeşitli CNN tabanlı CAD sistemleri önerilmiştir. CNN, çok katmanlı, denetimli bir öğrenme modeli18'dir ve CNN'nin çekirdek modülleri evrişim ve havuzlama katmanlarıdır. Evrişim katmanları özellik ayıklama için kullanılır ve havuzlama katmanları alt örnekleme için kullanılır. Gölge evrişimli katmanlar doku, kenarlar ve konturlar gibi birincil özellikleri ayıklayabilirken, derin evrişimli katmanlar üst düzey anlamsal özellikleri öğrenir.
CNN'ler bilgisayar görüşünde büyük başarı elde ettiler 19,20,21. Bununla birlikte, CNN'ler, evrişimsel katmanların sınırlı geçerli alıcı alanı nedeniyle uzun vadeli bağlamsal bağımlılıkları yakalayamamaktadır. Geçmişte, görüntü sınıflandırması için omurga mimarileri çoğunlukla CNN'leri kullanıyordu. Vision Transformer (ViT)22,23'ün ortaya çıkmasıyla bu eğilim değişti ve şimdi birçok son teknoloji ürünü model transformatörleri omurga olarak kullanıyor. Çakışmayan görüntü yamalarına dayanan ViT, uzamsal ilişkileri küresel olarak modellemek için standart bir transformatör kodlayıcı25 kullanır. Swin Transformer24, özellikleri öğrenmek için vites değiştirme pencerelerini de sunar. Vites değiştirme pencereleri sadece daha fazla verimlilik sağlamakla kalmaz, aynı zamanda dizinin uzunluğunu da büyük ölçüde azaltır, çünkü penceredeki öz dikkat hesaplanır. Aynı zamanda, iki bitişik pencere arasındaki etkileşim, kaydırma (hareket) işlemi ile yapılabilir. Swin Transformer'ın bilgisayarlı görmede başarılı bir şekilde uygulanması, ultrason görüntü analizi için transformatör tabanlı mimarilerin araştırılmasına yol açmıştır26.
Son zamanlarda, Li ve ark., Faster R-CNN27'den esinlenerek tiroid papiller kanser tespiti için derin bir öğrenme yaklaşımı28 önermişlerdir. Daha hızlı R-CNN, klasik bir CNN tabanlı nesne algılama mimarisidir. Orijinal Hızlı R-CNN'nin dört modülü vardır: CNN omurgası, bölge teklif ağı (RPN), ROI havuzlama katmanı ve algılama kafası. CNN omurgası, giriş görüntüsünden özellik haritalarını ayıklamak için bir dizi temel conv+bn+relu+pooling katmanı kullanır. Ardından, özellik eşlemeleri RPN ve ROI havuzlama katmanına beslenir. RPN ağının rolü, bölge önerileri oluşturmaktır. Bu modül, çapaların pozitif olup olmadığını belirlemek için softmax kullanır ve kutu regresyonunu sınırlayarak doğru ankrajlar oluşturur. YG havuzu oluşturma katmanı, girdi özellik haritalarını ve teklifleri toplayarak teklif özellik haritalarını ayıklar ve teklif özellik haritalarını sonraki algılama kafasına besler. Algılama kafası, nesneleri sınıflandırmak ve kutu regresyonunu sınırlayarak algılama kutularının doğru konumlarını elde etmek için teklif özellik eşlemelerini kullanır.
Bu yazıda, Faster R-CNN'deki CNN omurgasının Swin Transformer ile değiştirilmesiyle oluşturulan Swin Faster R-CNN adlı yeni bir tiroid nodülü tespit ağı sunulmakta ve bu da ultrason görüntülerinden nodül tespiti için özelliklerin daha iyi çıkarılmasını sağlamaktadır. Ek olarak, özellik piramit ağı (FPN)29 , farklı ölçeklerdeki özellikleri toplayarak farklı boyutlardaki nodüller için modelin algılama performansını artırmak için kullanılır.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu retrospektif çalışma, Batı Çin Hastanesi, Sichuan Üniversitesi, Sichuan, Çin'in kurumsal inceleme kurulu tarafından onaylandı ve bilgilendirilmiş onam alma zorunluluğundan feragat edildi.
1. Ortam kurulumu
2. Veri hazırlama
3. Swin Daha hızlı RCNN yapılandırması
4. Swin Faster R-CNN'yi Eğitme
5. Yeni görüntülerde tiroid nodülü tespitinin yapılması
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Tiroid ABD görüntüleri, Eylül 2008'den Şubat 2018'e kadar Çin'deki iki hastaneden toplandı. Bu çalışmaya US görüntülerinin dahil edilmesi için uygunluk kriterleri, biyopsi ve cerrahi tedavi öncesi konvansiyonel US muayenesi, biyopsi veya cerrahi sonrası patoloji ile tanı ve 18 yaş ≥ idi. Dışlama kriterleri tiroid dokusu olmayan görüntülerdi.
3.000 ultrason görüntüsü 1.384 malign ve 1.616 iyi huylu nodül içeriyordu. Malign nodüllerin çoğunluğu (%90) papiller k...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu makalede, ortam kurulumunun, veri hazırlamanın, model yapılandırmasının ve ağ eğitiminin nasıl gerçekleştirileceği ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Ortam kurulumu aşamasında, bağımlı kitaplıkların uyumlu ve eşleşmiş olduğundan emin olmak için dikkat edilmesi gerekir. Veri işleme çok önemli bir adımdır; Ek açıklamaların doğruluğunu sağlamak için zaman ve çaba harcanmalıdır. Modeli eğitirken bir "ModuleNotFoundError" ile karşılaşılabilir. Bu durumda, eksik kütüphaneyi...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Hibe No.32101188) ve Sichuan Eyaleti Bilim ve Teknoloji Bölümü Genel Projesi (Hibe No. 2021YFS0102), Çin tarafından desteklenmiştir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
GPU RTX3090 | Nvidia | 1 | 24G GPU |
mmdetection2.11.0 | SenseTime | 4 | https://github.com/open-mmlab/mmdetection.git |
python3.8 | — | 2 | https://www.python.org |
pytorch1.7.1 | 3 | https://pytorch.org |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır