Spinal degeneration plagues many elders, office workers, and even the younger generations. Effective pharmic or surgical interventions can help relieve degenerative spine conditions. However, the traditional diagnosis procedure is often too laborious. Clinical experts need to detect discs and vertebrae from spinal magnetic resonance imaging (MRI) or computed tomography (CT) images as a preliminary step to perform pathological diagnosis or preoperative evaluation. Machine learning systems have been developed to aid this procedure generally following a two-stage methodology: first perform anatomical localization, then pathological classification. Towards more efficient and accurate diagnosis, we propose a one-stage detection framework termed SpineOne to simultaneously localize and classify degenerative discs and vertebrae from MRI slices. SpineOne is built upon the following three key techniques: 1) a new design of the keypoint heatmap to facilitate simultaneous keypoint localization and classification; 2) the use of attention modules to better differentiate the representations between discs and vertebrae; and 3) a novel gradient-guided objective association mechanism to associate multiple learning objectives at the later training stage. Empirical results on the Spinal Disease Intelligent Diagnosis Tianchi Competition (SDID-TC) dataset of 550 exams demonstrate that our approach surpasses existing methods by a large margin.


翻译:有效的药理或外科干预可以帮助缓解退化的脊椎条件。然而,传统的诊断程序往往过于繁琐。临床专家需要从脊椎磁共振成像(MRI)或计算断层成像(CT)中检测盘和脊椎。作为进行病理诊断或术前评估的初步步骤,已经开发了机器学习系统来协助这一程序:首先进行解剖本地化,然后进行病理分类。为了实现更有效和准确的诊断,我们建议了一个阶段的检测框架,称为SpineOne,同时对磁共振成成像(MRI)切片中的退化盘和脊椎进行本地化和分类。SpineOi需要基于以下三个关键技术:(1) 关键点热图的新设计,以便利同时进行关键点本地化和分类;(2) 使用关注模块,以更好地区分磁盘和脊椎的表达方式;(3) 将新的梯度调整目标联系机制,将当前Silvicultive IMLIA级测试的多项目标联系起来。

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