Brain network analysis for traumatic brain injury (TBI) patients is critical for its consciousness level assessment and prognosis evaluation, which requires the segmentation of certain consciousness-related brain regions. However, it is difficult to construct a TBI segmentation model as manually annotated MR scans of TBI patients are hard to collect. Data augmentation techniques can be applied to alleviate the issue of data scarcity. However, conventional data augmentation strategies such as spatial and intensity transformation are unable to mimic the deformation and lesions in traumatic brains, which limits the performance of the subsequent segmentation task. To address these issues, we propose a novel medical image inpainting model named TBI-GAN to synthesize TBI MR scans with paired brain label maps. The main strength of our TBI-GAN method is that it can generate TBI images and corresponding label maps simultaneously, which has not been achieved in the previous inpainting methods for medical images. We first generate the inpainted image under the guidance of edge information following a coarse-to-fine manner, and then the synthesized intensity image is used as the prior for label inpainting. Furthermore, we introduce a registration-based template augmentation pipeline to increase the diversity of the synthesized image pairs and enhance the capacity of data augmentation. Experimental results show that the proposed TBI-GAN method can produce sufficient synthesized TBI images with high quality and valid label maps, which can greatly improve the 2D and 3D traumatic brain segmentation performance compared with the alternatives.


翻译:创伤性脑损伤(TBI)患者的大脑网络分析对于其意识水平评估和预测评估至关重要,这要求对某些与意识有关的大脑区域进行分解。然而,由于TBI病人的人工MR扫描很难收集,很难建立TBI分解模型,因为对TBI病人进行人工加注的MR扫描很难收集。数据增强技术可以用来缓解数据稀缺问题。但是,空间和强度转换等常规数据增强战略无法模仿创伤性大脑的变形和损伤,从而限制随后的分解任务。为了解决这些问题,我们提议采用名为TBI-GAN的新式医学图案模型,用配对脑标签图合成TBI MR扫描。我们的TBI-GAN方法的主要优点是,它可以同时生成TBI图像和相应的标签图案,这在以往的医学图案绘制方法中并未实现。我们首先在精锐信息指南下生成了嵌入图像,从而限制了随后的分解任务。为了解决这些问题,我们提议将合成的密度图像用作之前的TBIMM扫描和升级性图案的比。我们采用了一种高度模型来提高的模化模型。我们用注册的升级的升级的模型,可以提高的图案的升级的图案。我们用一个测试结果,可以提高的图案 改进了TBILBIBIBIBIBF的升级的图案。

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