Brain extraction is one of the first steps of pre-processing 3D brain MRI data and a prerequisite for any forthcoming brain imaging analyses. However, it is not a simple segmentation problem due to the complex structure of the brain and human head. Although multiple solutions have been proposed in the literature, we are still far from having truly robust methods. While previous methods have used machine learning with structural/geometric priors, with the development of Deep Learning (DL), there has been an increase in proposed Neural Network architectures. Most models focus on improving the training data and loss functions with little change in the architecture. However, the amount of accessible training data with expert-labelled ground truth vary between groups. Moreover, the labels are created not from scratch but from outputs of non-DL methods. Thus, most DL method's performance depend on the amount and quality of data one has. In this paper, we propose a novel architecture we call EVAC+ to work around this issue. We show that EVAC+ has 3 major advantages compared to other networks: (1) Multi-scale input with limited random augmentation for efficient learning, (2) a unique way of using Conditional Random Fields Recurrent Layer and (3) a loss function specifically created to enhance this architecture. We compare our model to state-of-the-art non-DL and DL methods. Results show that even with little change in the traditional architecture and limited training resources, EVAC+ achieves a high and stable Dice Coefficient and Jaccard Index along with a desirable lower surface distance. Ultimately, our model provides a robust way of accurately reducing segmentation errors in complex multi-tissue interfacing areas of brain.


翻译:大脑提取是预处理 3D 大脑MRI 数据的第一步之一,也是任何即将进行的大脑成像分析的先决条件。然而,由于大脑和人头的结构复杂,这不是一个简单的分割问题。虽然文献中提出了多种解决方案,但我们还远远没有真正有力的方法。虽然以前的方法使用结构学习/地理学前期的机器学习,发展深层学习(DL),但拟议的神经网络结构有所增加。大多数模型侧重于改进培训数据和损失函数,而结构变化不大。然而,由于专家标记的地面偏差,可获取的培训数据数量因群体而异。此外,标签不是从头到脚的,而是从非DL方法的输出而创建的。因此,大多数DL方法的性能取决于数据的数量和质量。在本文中,我们建议了一个新的结构,我们叫EVAC+来围绕这一问题开展工作。我们表明,与其它网络相比,EVAC+具有三大优势:(1) 多种规模的投入,对于高效学习来说是有限的随机增加,(2) 低级的地面偏差路路路路路路路段数据,而我们具体地用不易变的DL 机路路路路段结构系统结构,我们用一种独特的路路路路段结构提升的方法。

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