Nasopharyngeal Carcinoma (NPC) is a leading form of Head-and-Neck (HAN) cancer in the Arctic, China, Southeast Asia, and the Middle East/North Africa. Accurate segmentation of Organs-at-Risk (OAR) from Computed Tomography (CT) images with uncertainty information is critical for effective planning of radiation therapy for NPC treatment. Despite the stateof-the-art performance achieved by Convolutional Neural Networks (CNNs) for automatic segmentation of OARs, existing methods do not provide uncertainty estimation of the segmentation results for treatment planning, and their accuracy is still limited by several factors, including the low contrast of soft tissues in CT, highly imbalanced sizes of OARs and large inter-slice spacing. To address these problems, we propose a novel framework for accurate OAR segmentation with reliable uncertainty estimation. First, we propose a Segmental Linear Function (SLF) to transform the intensity of CT images to make multiple organs more distinguishable than existing methods based on a simple window width/level that often gives a better visibility of one organ while hiding the others. Second, to deal with the large inter-slice spacing, we introduce a novel 2.5D network (named as 3D-SepNet) specially designed for dealing with clinic HAN CT scans with anisotropic spacing. Thirdly, existing hardness-aware loss function often deal with class-level hardness, but our proposed attention to hard voxels (ATH) uses a voxel-level hardness strategy, which is more suitable to dealing with some hard regions despite that its corresponding class may be easy. Our code is now available at https://github.com/HiLab-git/SepNet.


翻译:Nasoparyngeal Carcinoma (NPC) 是北极、中国、东南亚和中东/北非地区头部和内克(HAN)癌症的一种主要形式。 光学成像的精确分解( OAR) 与不确切的信息对有效规划NPC治疗的辐射疗法至关重要。 尽管进化神经网络在OARs自动分解方面取得了最先进的性能, 现有的方法并不提供治疗规划分解结果的不确定性估计, 并且其准确性仍然受到若干因素的限制, 包括CT软组织对比低、OARs高度偏差和大截肢间间隔。 为了解决这些问题, 我们提出了一个具有可靠不确定性估计的准确的 OAR分解新框架。 首先, 我们提议了一个分流线函数( SLF) 来改变CT 图像的强度, 使多种器官比基于简单窗口的分级/ 水平的现有方法更能区分, 但是它们的分解率往往有限, CT/ 他们的准确性关系仍然受若干因素的限制, CT CT CT 包括CT CT 软组织之间的对比, 高度高度高度高度高度和 IMS 网络进行更清晰的分解 。

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