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European Radiology来源发表:

脊柱编号异常不再被默认忽略:CT全序列标对率从77%升到99%,且能报出多一节或少一节

核心概要

脊柱影像的椎体自动标注长期默认胸椎12节、腰椎5节,遇到多一节或少一节的编号异常就会整体错位。VERIDAH把单个椎体的多路分类输出交给一个带解剖约束的序列求解器,在任意视野下选出最一致的标签序列。在1000例T2w矢状位MRI与365例CT上,全部椎体标对的受检者比例分别为98.30%和99.18%,对照方法为94.24%和77.26%;胸椎与腰椎编号异常的识别率在MRI上为87.80%和94.48%,在CT上为96.30%和97.22%。

Source-provided article image: VERIDAH: solving enumeration anomaly-aware vertebra labeling across imaging sequences.
PubMed

深度剖析

椎体标注现在能给出编号异常下的正确节段标签,而不只是按常规数目顺次编号。 此前的自动方法最多只能预测12节胸椎和5节腰椎,理论上考虑异常的方法要么在任意视野下不可靠,要么未在大数据集上验证。 在1000例T2w矢状位MRI上,全部椎体标对的受检者占98.30%,对照为94.24%;在365例CT上为99.18%,对照为77.26%,差异经Wilcoxon符号秩检验p<0.01。

方法先对每个椎体单独判断,再把整条序列当作一个受约束的优化问题求解。 常规做法是让一个分类头直接输出C3、T5这类标签,再逐椎体取最大值。 分类器为在单个椎体裁剪块上训练的3D DenseNet169,设椎体标签、所属区域、过渡位置和可见度四个输出头;序列预测器用动态规划在标签连续、空间有序、颈胸腰数目受限等约束下搜索代价最小的路径,并把连续两个T12或两个L5改写为T13或L6。

同一模型在裁剪到不同可见椎体数目的图像上给出基本一致的序列。 视野受限时,从颅侧或骶侧单向计数的传统方法无法确定胸腰段位置。 把测试图像裁剪成各种可见椎体数目的组合后,预测与整条脊柱上的预测几乎无差异,仅少数样本在视野很小时胸椎异常召回下降。

启示与展望

方法面向CT与T2w矢状位MRI的椎体标注,覆盖任意视野,并在测试集中刻意增加了编号异常病例以便评估。它不执行定位或检测,需要先由分割或检测给出每个椎体的质心位置;作者指出公开的分割模型已能提供这一步。MRI模型只在NAKO健康队列上训练,作者据此说明不能保证在临床常规的其他数据上同样表现;CT数据来源多样,作者预期在该模态上更稳健。

作者明确说明,由于MRI模型仅基于健康队列训练,无法保证在其他临床常规数据集上保持同样性能。视野很小时,胸椎编号异常的召回会下降,作者将此归因于个别椎体本身难以判断,而非特定视野。方法本身不含定位步骤,使用前需要额外的椎体定位。