Segmenting deep brain structures from magnetic resonance images is important for patient diagnosis, surgical planning, and research. Most current state-of-the-art solutions follow a segmentation-by-registration approach, where subject MRIs are mapped to a template with well-defined segmentations. However, registration-based pipelines are time-consuming, thus, limiting their clinical use. This paper uses deep learning to provide a robust and efficient deep brain segmentation solution. The method consists of a pre-processing step to conform all MRI images to the same orientation, followed by a convolutional neural network using the nnU-Net framework. We use a total of 14 datasets from both research and clinical collections. Of these, seven were used for training and validation and seven were retained for independent testing. We trained the network to segment 30 deep brain structures, as well as a brain mask, using labels generated from a registration-based approach. We evaluated the generalizability of the network by performing a leave-one-dataset-out cross-validation, and extensive testing on external datasets. Furthermore, we assessed cross-domain transportability by evaluating the results separately on different domains. We achieved an average DSC of 0.89 $\pm$ 0.04 on the independent testing datasets when compared to the registration-based gold standard. On our test system, the computation time decreased from 42 minutes for a reference registration-based pipeline to 1 minute. Our proposed method is fast, robust, and generalizes with high reliability. It can be extended to the segmentation of other brain structures. The method is publicly available on GitHub, as well as a pip package for convenient usage.


翻译:从磁共振图像中将深层大脑结构从磁共振图像中分离出来,对于病人诊断、外科手术规划和研究非常重要。目前,大多数最先进的解决方案都采用逐个分类、逐个登记的方法。我们使用总共14个来自研究和临床收藏的数据集,其中7个用于培训和验证,7个用于独立测试。我们用基于注册的方法生成的标签,对基于注册的管道进行了30个深层脑结构以及脑罩的培训。我们用深层学习的方法评估了网络的通用性,为此采用了一个基于休假的单一数据跨数值,随后又使用NNU-Net框架建立了一个同级神经网络。此外,我们从研究和临床收藏中共使用14个数据集,其中7个用于培训和验证,保留了7个用于独立测试。我们用基于注册方法生成的标签对网络进行了30个深层大脑结构进行了培训。我们用基于休假的全方位深度脑分离解析的方法评估了网络的总体性,然后用NNU-NU-Net框架框架进行同级神经网络连接网络。我们用跨轨道评估了4的跨轨道路路路路段,通过分别评估了整个系统,通过评估了40S-S-S-S-S-S-S-S-C-S-Seral-Seral-xxxx

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