Manual or automatic delineation of the esophageal tumor in CT images is known to be very challenging. This is due to the low contrast between the tumor and adjacent tissues, the anatomical variation of the esophagus, as well as the occasional presence of foreign bodies (e.g. feeding tubes). Physicians therefore usually exploit additional knowledge such as endoscopic findings, clinical history, additional imaging modalities like PET scans. Achieving his additional information is time-consuming, while the results are error-prone and might lead to non-deterministic results. In this paper we aim to investigate if and to what extent a simplified clinical workflow based on CT alone, allows one to automatically segment the esophageal tumor with sufficient quality. For this purpose, we present a fully automatic end-to-end esophageal tumor segmentation method based on convolutional neural networks (CNNs). The proposed network, called Dilated Dense Attention Unet (DDAUnet), leverages spatial and channel attention gates in each dense block to selectively concentrate on determinant feature maps and regions. Dilated convolutional layers are used to manage GPU memory and increase the network receptive field. We collected a dataset of 792 scans from 288 distinct patients including varying anatomies with \mbox{air pockets}, feeding tubes and proximal tumors. Repeatability and reproducibility studies were conducted for three distinct splits of training and validation sets. The proposed network achieved a $\mathrm{DSC}$ value of $0.79 \pm 0.20$, a mean surface distance of $5.4 \pm 20.2mm$ and $95\%$ Hausdorff distance of $14.7 \pm 25.0mm$ for 287 test scans, demonstrating promising results with a simplified clinical workflow based on CT alone. Our code is publicly available via \url{https://github.com/yousefis/DenseUnet_Esophagus_Segmentation}.


翻译:已知CT图像中的食道肿瘤的手动或自动划界非常具有挑战性。 这是因为肿瘤和相邻组织之间的对比较低,食道的解剖变异,以及偶尔有外国身体(如喂食管)存在。 因此,医生通常会利用更多的知识, 如内侧发现、临床历史、PET扫描等其他成像模式。 实现他的额外信息耗时, 而结果容易出错, 并可能导致非确定性结果。 在本文中, 我们的目标是调查仅以CT为基础的简化临床工作流程是否和在多大程度上存在差异, 允许一个人以足够的质量自动分割食道肿瘤( 如喂食管 ) 。 为此, 我们展示了一个完全自动端到端的食道肿瘤分解方法, 如 PET 扫描等。 建立网络, 名为 Dilated Denseatemitect Unet (DADUnet), 利用每个稠密的流流流空间和频道的注意门。 以直径20个地图和区域为主, Dilate conlistalal listal lishal listal commays 。 我们利用了直观的DNA研究, ASal deal deal deal deal deal demodal deald sald sald sald sald sembresmal semmals.

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Attention机制最早是在视觉图像领域提出来的,但是真正火起来应该算是google mind团队的这篇论文《Recurrent Models of Visual Attention》[14],他们在RNN模型上使用了attention机制来进行图像分类。随后,Bahdanau等人在论文《Neural Machine Translation by Jointly Learning to Align and Translate》 [1]中,使用类似attention的机制在机器翻译任务上将翻译和对齐同时进行,他们的工作算是是第一个提出attention机制应用到NLP领域中。接着类似的基于attention机制的RNN模型扩展开始应用到各种NLP任务中。最近,如何在CNN中使用attention机制也成为了大家的研究热点。下图表示了attention研究进展的大概趋势。
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