Vertebral bone segmentation from magnetic resonance (MR) images is a challenging task. Due to the inherent nature of the modality to emphasize soft tissues of the body, common thresholding algorithms are ineffective in detecting bones in MR images. On the other hand, it is relatively easier to segment bones from CT images because of the high contrast between bones and the surrounding regions. For this reason, we perform a cross-modality synthesis between MR and CT domains for simple thresholding-based segmentation of the vertebral bones. However, this implicitly assumes the availability of paired MR-CT data, which is rare, especially in the case of scoliotic patients. In this paper, we present a completely unsupervised, fully three-dimensional (3D) cross-modality synthesis method for segmenting scoliotic spines. A 3D CycleGAN model is trained for an unpaired volume-to-volume translation across MR and CT domains. Then, the Otsu thresholding algorithm is applied to the synthesized CT volumes for easy segmentation of the vertebral bones. The resulting segmentation is used to reconstruct a 3D model of the spine. We validate our method on 28 scoliotic vertebrae in 3 patients by computing the point-to-surface mean distance between the landmark points for each vertebra obtained from pre-operative X-rays and the surface of the segmented vertebra. Our study results in a mean error of 3.41 $\pm$ 1.06 mm. Based on qualitative and quantitative results, we conclude that our method is able to obtain a good segmentation and 3D reconstruction of scoliotic spines, all after training from unpaired data in an unsupervised manner.


翻译:磁共振( MR) 图像的脉冲骨分解是一项具有挑战性的任务。 由于强调身体软组织的模式的固有性质,通用的临界值算法在检测MM 图像中的骨骼方面是无效的。 另一方面,由于骨骼和周围区域之间的差异很大,从CT图像中分离骨骼相对比较容易。 为此,我们在磁共振和CT两个域之间对MR和CT域进行跨模式合成, 以简单临界分解脊椎骨。 然而, 这隐含地假设了配对的 MMS- CT 数据的存在, 这是罕见的, 特别是对于固醇病人来说。 在本文中, 我们展示了完全不受监督的、 完全三维(3D) 的跨模式合成方法, 用于分解骨骼。 3D CycroGAN 模型被训练用于在MR和CT 区域间进行无偏差的量- 量- 量分解分解。 然后, Otsu 门槛算法被应用到合成的CT 量计算结果, 用于模型中不易分解的M- Dral- dealalalalalal 3 。 因此, 我们的分解方法被用于在28的对正解法中, 我们的分解法的分解法的分解法的解法, 用于对正解法的 的分解法, 用于对正的 的分解法的分解法的分解, 。

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