Prostate biopsy and image-guided treatment procedures are often performed under the guidance of ultrasound fused with magnetic resonance images (MRI). Accurate image fusion relies on accurate segmentation of the prostate on ultrasound images. Yet, the reduced signal-to-noise ratio and artifacts (e.g., speckle and shadowing) in ultrasound images limit the performance of automated prostate segmentation techniques and generalizing these methods to new image domains is inherently difficult. In this study, we address these challenges by introducing a novel 2.5D deep neural network for prostate segmentation on ultrasound images. Our approach addresses the limitations of transfer learning and finetuning methods (i.e., drop in performance on the original training data when the model weights are updated) by combining a supervised domain adaptation technique and a knowledge distillation loss. The knowledge distillation loss allows the preservation of previously learned knowledge and reduces the performance drop after model finetuning on new datasets. Furthermore, our approach relies on an attention module that considers model feature positioning information to improve the segmentation accuracy. We trained our model on 764 subjects from one institution and finetuned our model using only ten subjects from subsequent institutions. We analyzed the performance of our method on three large datasets encompassing 2067 subjects from three different institutions. Our method achieved an average Dice Similarity Coefficient (Dice) of $94.0\pm0.03$ and Hausdorff Distance (HD95) of 2.28 $mm$ in an independent set of subjects from the first institution. Moreover, our model generalized well in the studies from the other two institutions (Dice: $91.0\pm0.03$; HD95: 3.7$mm$ and Dice: $82.0\pm0.03$; HD95: 7.1 $mm$).


翻译:在超声波与磁共振成像(MRI)结合的超声波导生物分析和图像制导处理程序通常在超声波和磁共振成像(MRI)下进行。准确的图像熔化依赖于超声波图像对前列腺的精确分解。然而,超声波图像中的信号到噪音比率和工艺品(例如,分光和阴影)的减少限制了自动前列腺分解技术的性能,并将这些方法推广到新的图像域是天生困难的。在本研究中,我们通过在超声波图像上引入新型的2.5D深神经网络来应对这些挑战。我们的方法通过将超声波成像和微调方法的局限性(即当模型重量得到更新时,原始培训数据的性能下降)结合了受监督的域适应技术和知识蒸馏损失。 知识蒸馏法损失使得先前学到的知识得以保存,并在新数据集进行模型微调后降低性能下降。 此外,我们的方法依赖于一个关注模块,从模型定位到改进的分解模型的精度,从超声波分度,从2美元中改进了超声波分度的精确度。 我们用Scial millalmmmmm 机构用了10My 机构用了10的模型做了一个模型,从9-hillalmdromodromodromograduclexxxxxxxx。

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