Segmentation and spatial alignment of ultrasound (US) imaging data acquired in the in first trimester are crucial for monitoring human embryonic growth and development throughout this crucial period of life. Current approaches are either manual or semi-automatic and are therefore very time-consuming and prone to errors. To automate these tasks, we propose a multi-atlas framework for automatic segmentation and spatial alignment of the embryo using deep learning with minimal supervision. Our framework learns to register the embryo to an atlas, which consists of the US images acquired at a range of gestational age (GA), segmented and spatially aligned to a predefined standard orientation. From this, we can derive the segmentation of the embryo and put the embryo in standard orientation. US images acquired at 8+0 till 12+6 weeks GA were used and eight subjects were selected as atlas. We evaluated different fusion strategies to incorporate multiple atlases: 1) training the framework using atlas images from a single subject, 2) training the framework with data of all available atlases and 3) ensembling of the frameworks trained per subject. To evaluate the performance, we calculated the Dice score over the test set. We found that training the framework using all available atlases outperformed ensembling and gave similar results compared to the best of all frameworks trained on a single subject. Furthermore, we found that selecting images from the four atlases closest in GA out of all available atlases, regardless of the individual quality, gave the best results with a median Dice score of 0.72. We conclude that our framework can accurately segment and spatially align the embryo in first trimester 3D US images and is robust for the variation in quality that existed in the available atlases. Our code is publicly available at: https://github.com/wapbastiaansen/multi-atlas-seg-reg.


翻译:在第一个三月中获取的超声(US)成像数据的分解和空间校正对于监测人类胚胎在这一关键生命期的生长和发育至关重要。 目前的方法是人工或半自动的,因此非常耗时,容易出错。 要将这些任务自动化, 我们提议一个多图解框架, 使用最微的监管来自动分割和空间校正胚胎。 我们的框架学会将胚胎注册到一个地图册上, 其中包括在一系列妊娠年龄( GA) 、 分解和空间对齐到预定义的标准方向的美国图像。 从此, 我们就可以得出胚胎的分解, 并将胚胎置于标准方向。 使用 GA 的8+0 至 12 + 6 周, 并选择了 8 个主题作为地图册。 我们用一个单一主题的地图册来对框架进行训练, 2 用所有可获取的正数/ 和 3个框架来进行框架的准确性化。 我们用最精确的图解选制, 可以在每个主题中完成框架。 我们用最精确的图质评分数, 用最精确的图解到最精确的图解到最精度 。

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