Accurate segmentation of Anatomical brain Barriers to Cancer spread (ABCs) plays an important role for automatic delineation of Clinical Target Volume (CTV) of brain tumors in radiotherapy. Despite that variants of U-Net are state-of-the-art segmentation models, they have limited performance when dealing with ABCs structures with various shapes and sizes, especially thin structures (e.g., the falx cerebri) that span only few slices. To deal with this problem, we propose a High and Multi-Resolution Network (HMRNet) that consists of a multi-scale feature learning branch and a high-resolution branch, which can maintain the high-resolution contextual information and extract more robust representations of anatomical structures with various scales. We further design a Bidirectional Feature Calibration (BFC) block to enable the two branches to generate spatial attention maps for mutual feature calibration. Considering the different sizes and positions of ABCs structures, our network was applied after a rough localization of each structure to obtain fine segmentation results. Experiments on the MICCAI 2020 ABCs challenge dataset showed that: 1) Our proposed two-stage segmentation strategy largely outperformed methods segmenting all the structures in just one stage; 2) The proposed HMRNet with two branches can maintain high-resolution representations and is effective to improve the performance on thin structures; 3) The proposed BFC block outperformed existing attention methods using monodirectional feature calibration. Our method won the second place of ABCs 2020 challenge and has a potential for more accurate and reasonable delineation of CTV of brain tumors.


翻译:为解决这一问题,我们提议建立一个高分辨率和多分辨率网络(HMRNet),由多级特征学习分支和一个高分辨率分支组成,以自动划定放射疗法中脑肿瘤的临床目标量(CTV),尽管U-Net的变种是最先进的分解模型,但在处理形状和大小各异的ABC结构时,其性能却有限,特别是细小结构(如Falx脑结构),仅覆盖几个片段;为解决这一问题,我们提议建立一个高分辨率和多分辨率网络(HMMRNet),由多级特征学习分支和一个高分辨率的放射肿瘤肿瘤肿瘤肿瘤分流(CTV)组成。尽管U-Net的变种是高分辨率的分解模型。尽管U-Net的变种模型是最新的分解模型,但我们进一步设计了双向性功能校准(BRC)块结构的性能,考虑到ABC结构的第二大尺寸和位置,我们的网络在每种结构的粗度本地化后被应用,以获得精细分解结果。

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