Automatic labelling of anatomical structures, such as coronary arteries, is critical for diagnosis, yet existing (non-deep learning) methods are limited by a reliance on prior topological knowledge of the expected tree-like structures. As the structure such vascular systems is often difficult to conceptualize, graph-based representations have become popular due to their ability to capture the geometric and topological properties of the morphology in an orientation-independent and abstract manner. However, graph-based learning for automated labeling of tree-like anatomical structures has received limited attention in the literature. The majority of prior studies have limitations in the entity graph construction, are dependent on topological structures, and have limited accuracy due to the anatomical variability between subjects. In this paper, we propose an intuitive graph representation method, well suited to use with 3D coordinate data obtained from angiography scans. We subsequently seek to analyze subject-specific graphs using geometric deep learning. The proposed models leverage expert annotated labels from 141 patients to learn representations of each coronary segment, while capturing the effects of anatomical variability within the training data. We investigate different variants of so-called message passing neural networks. Through extensive evaluations, our pipeline achieves a promising weighted F1-score of 0.805 for labeling coronary artery (13 classes) for a five-fold cross-validation. Considering the ability of graph models in dealing with irregular data, and their scalability for data segmentation, this work highlights the potential of such methods to provide quantitative evidence to support the decisions of medical experts.


翻译:解剖结构(如冠心动脉)的自动标签对于诊断至关重要,然而,现有的(非深入学习)方法因依赖先前对预期树类结构的地形学知识而受到限制。由于这种结构结构往往难以构思,基于图形的表示方式由于能够以定向独立和抽象的方式捕捉形态学的几何和地形特性而变得很受欢迎。然而,在文献中,自动标明树类解剖结构标签的基于图表的学习得到的关注有限。先前的研究大多在实体图解构造方面有局限性,取决于表层结构,并且由于各学科之间的解剖学变异而精确度有限。在本论文中,我们提出了一个直观的图表表示方法,非常适合使用从血管扫描中获取的3D协调数据。我们随后试图利用对地度深度的深度学习来分析特定主题的图表。拟议模型利用141个病人的附加注释标签来学习每个直线部分的剖面图,同时捕捉到剖面性数据结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构的准确性影响,在培训数据中,从而获得具有可变的变数性的数据。

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