Brain metastases occur frequently in patients with metastatic cancer. Early and accurate detection of brain metastases is very essential for treatment planning and prognosis in radiation therapy. To improve brain metastasis detection performance with deep learning, a custom detection loss called volume-level sensitivity-specificity (VSS) is proposed, which rates individual metastasis detection sensitivity and specificity in (sub-)volume levels. As sensitivity and precision are always a trade-off in a metastasis level, either a high sensitivity or a high precision can be achieved by adjusting the weights in the VSS loss without decline in dice score coefficient for segmented metastases. To reduce metastasis-like structures being detected as false positive metastases, a temporal prior volume is proposed as an additional input of the neural network. Our proposed VSS loss improves the sensitivity of brain metastasis detection, increasing the sensitivity from 86.7% to 95.5%. Alternatively, it improves the precision from 68.8% to 97.8%. With the additional temporal prior volume, about 45% of the false positive metastases are reduced in the high sensitivity model and the precision reaches 99.6% for the high specificity model. The mean dice coefficient for all metastases is about 0.81. With the ensemble of the high sensitivity and high specificity models, on average only 1.5 false positive metastases per patient needs further check, while the majority of true positive metastases are confirmed. The ensemble learning is able to distinguish high confidence true positive metastases from metastases candidates that require special expert review or further follow-up, being particularly well-fit to the requirements of expert support in real clinical practice.


翻译:早期和准确地检测脑部转移对于辐射治疗的治疗规划和预测至关重要。为了通过深层学习提高脑部转移检测性表现。为了提高脑部转移检测性表现,建议采用量级灵敏度(VSS),将个人转移检测性敏感度和(次)体积的特异性(VSS)降为个人转移检测性敏感度和特异性。由于敏感度和精确度在(次)体积水平上总是取舍,因此通过调整VSS损失的重量而不降低分层转移的骰子评分系数,可以实现高度敏感度或高度精确度。为了降低被检测为假正向性转移结构的结构,建议将前期时间量作为神经网络的补充投入。我们提出的VSS损失将个人转移检测性敏感度从86.7%提高到95.5%。或者将敏感度从68.8%提高到97.8%。随着时间增加,通过进一步的时间差异分析,大约45 %的正向值转移的系数在高度敏感度反应模型和高正向高度精确度的精确度上需要。 高正向高正向的正确度的正确度分析需要达到高正向高度专家的精确度的精确度分析。高度模型,只有高正向高度的精确度才达到高度的精确度的精确度反应的精确度的精确度的精确度。 高度才才达到高度。 高度 高度标准。在高度的正常度和正向高度的精确度的正常度模型和正向符合高度的精确度的精确度的精确度的精确度反应性能能能能反应性能达到高度反应。

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