Early detection and quantification of tumour growth would help clinicians to prescribe more accurate treatments and provide better surgical planning. However, the multifactorial and heterogeneous nature of lung tumour progression hampers identification of growth patterns. In this study, we present a novel method based on a deep hierarchical generative and probabilistic framework that, according to radiological guidelines, predicts tumour growth, quantifies its size and provides a semantic appearance of the future nodule. Unlike previous deterministic solutions, the generative characteristic of our approach also allows us to estimate the uncertainty in the predictions, especially important for complex and doubtful cases. Results of evaluating this method on an independent test set reported a tumour growth balanced accuracy of 74%, a tumour growth size MAE of 1.77 mm and a tumour segmentation Dice score of 78%. These surpassed the performances of equivalent deterministic and alternative generative solutions (i.e. probabilistic U-Net, Bayesian test dropout and Pix2Pix GAN) confirming the suitability of our approach.


翻译:早期发现和量化肿瘤生长有助于临床医生开出更准确的治疗方法,并提供更好的外科手术规划。然而,肺部肿瘤进化的多重因素和多样性性质阻碍了对生长模式的识别。在本研究中,我们提出了一个基于深层次基因突变和概率框架的新颖方法,根据辐射准则,该方法预测肿瘤的生长,量化其大小,并提供未来结核的语义外观。与以前的确定性解决办法不同,我们方法的基因特征也使我们能够估计预测中的不确定性,对于复杂和可疑案例尤其重要。在独立测试集中评估这一方法的结果显示肿瘤生长的准确性为74%,肿瘤生长大小为1.77毫米,肿瘤分化狄氏分数为78%。这些都超过了等同的确定性和替代基因解析性(例如,预测性U-Net、Bayesian测试性辍学和Pix2Pix GAN)的性能,这证实了我们的方法的适宜性。

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