Purpose: Lesion segmentation in medical imaging is key to evaluating treatment response. We have recently shown that reinforcement learning can be applied to radiological images for lesion localization. Furthermore, we demonstrated that reinforcement learning addresses important limitations of supervised deep learning; namely, it can eliminate the requirement for large amounts of annotated training data and can provide valuable intuition lacking in supervised approaches. However, we did not address the fundamental task of lesion/structure-of-interest segmentation. Here we introduce a method combining unsupervised deep learning clustering with reinforcement learning to segment brain lesions on MRI. Materials and Methods: We initially clustered images using unsupervised deep learning clustering to generate candidate lesion masks for each MRI image. The user then selected the best mask for each of 10 training images. We then trained a reinforcement learning algorithm to select the masks. We tested the corresponding trained deep Q network on a separate testing set of 10 images. For comparison, we also trained and tested a U-net supervised deep learning network on the same set of training/testing images. Results: Whereas the supervised approach quickly overfit the training data and predictably performed poorly on the testing set (16% average Dice score), the unsupervised deep clustering and reinforcement learning achieved an average Dice score of 83%. Conclusion: We have demonstrated a proof-of-principle application of unsupervised deep clustering and reinforcement learning to segment brain tumors. The approach represents human-allied AI that requires minimal input from the radiologist without the need for hand-traced annotation.


翻译:医学成像中的偏移分解是评估治疗反应的关键。 我们最近已经表明, 强化学习可以应用到辐射图像中, 以进行损伤定位。 此外, 我们证明, 强化学习可以解决受监督深层学习的重要局限性; 也就是说, 它可以消除大量附加培训数据的需求, 并且可以提供在监督方法中缺乏的宝贵直觉。 但是, 我们没有处理损伤/ 兴趣结构分解的基本任务 。 我们在这里引入了一种方法, 将未经监督的深层学习群集与强化学习到磁力中分脑损伤中。 材料和方法: 我们最初使用未经监督的深层学习群集将图像集中在一起, 为每张MRI图像生成候选人的偏差防偏差面罩。 然后, 用户为每张10个培训图像选择了最好的掩码; 我们用一个单独的测试数据集测试了相应的经过培训的深度Q网络。 为了比较, 我们还在同样的一套培训/ 测试图像中培训和测试了一个受监管的深层学习网络。 结果: 监督的方法迅速适应培训数据, 并且可以预测地为每张防偏差的MRI掩体掩体掩体面图像进行一个测试( 16 % ) 标准的升级的升级的升级的升级的升级的升级的测试, 。

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