3D complete renal structures(CRS) segmentation targets on segmenting the kidneys, tumors, renal arteries and veins in one inference. Once successful, it will provide preoperative plans and intraoperative guidance for laparoscopic partial nephrectomy(LPN), playing a key role in the renal cancer treatment. However, no success has been reported in 3D CRS segmentation due to the complex shapes of renal structures, low contrast and large anatomical variation. In this study, we utilize the adversarial ensemble learning and propose Ensemble Multi-condition GAN(EnMcGAN) for 3D CRS segmentation for the first time. Its contribution is three-fold. 1)Inspired by windowing, we propose the multi-windowing committee which divides CTA image into multiple narrow windows with different window centers and widths enhancing the contrast for salient boundaries and soft tissues. And then, it builds an ensemble segmentation model on these narrow windows to fuse the segmentation superiorities and improve whole segmentation quality. 2)We propose the multi-condition GAN which equips the segmentation model with multiple discriminators to encourage the segmented structures meeting their real shape conditions, thus improving the shape feature extraction ability. 3)We propose the adversarial weighted ensemble module which uses the trained discriminators to evaluate the quality of segmented structures, and normalizes these evaluation scores for the ensemble weights directed at the input image, thus enhancing the ensemble results. 122 patients are enrolled in this study and the mean Dice coefficient of the renal structures achieves 84.6%. Extensive experiments with promising results on renal structures reveal powerful segmentation accuracy and great clinical significance in renal cancer treatment.


翻译:3D 完整肾脏结构( CRS) 分割肾脏、 肿瘤、 肾动脉 和血管 的 3D 完整肾脏结构( CRS) 分割目标 。 一旦成功, 它将为肾脏癌治疗中扮演关键角色的乳腺癌部分肾脏切除( LPN) 提供预操作计划和内部操作指导 。 但是, 3D CRS 分割由于肾脏结构的复杂形状、 低对比度和大解剖变而未报告成功 。 在此研究中, 我们利用对称组合学习, 并提议为 3D CRS 剖析( EnMcGAN) 提供复合多功能 GAN 。 它的贡献是三倍。 1) 我们建议多窗口委员会将 CTA 图像分割成多个狭窄窗口, 不同的窗口中心和宽度会提高显著边界和软组织对比度。 然后, 在这些狭窄的窗口上构建一个混合分解模型模型模型模型模型模型, 改进整个断段质量。 我们提议, 将多式的计算结果转换成 结构结构结构, 从而改善 Gmarial 。

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