$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
De incidentie van schildklierkanker is sinds 1970 snel toegenomen, vooral bij vrouwen van middelbare leeftijd1. Schildklierknobbels kunnen de opkomst van schildklierkanker voorspellen en de meeste schildklierknobbels zijn asymptomatisch2. De vroege detectie van schildklierknobbels is zeer nuttig bij het genezen van schildklierkanker. Daarom moeten volgens de huidige praktijkrichtlijnen alle patiënten met vermoedelijke nodulaire struma bij lichamelijk onderzoek of met abnormale beeldvormingsbevindingen verder onderzoek ondergaan 3,4.
Schildklierechografie (VS) is een veelgebruikte methode om schildklierlaesies te detecteren en te karakteriseren 5,6. De VS is een handige, goedkope en stralingsvrije technologie. De toepassing van US wordt echter gemakkelijk beïnvloed door de operator 7,8. Kenmerken zoals de vorm, grootte, echogeniciteit en textuur van schildklierknobbels zijn gemakkelijk te onderscheiden op Amerikaanse afbeeldingen. Hoewel bepaalde Amerikaanse kenmerken - verkalkingen, echogeniciteit en onregelmatige grenzen - vaak worden beschouwd als criteria voor het identificeren van schildklierknobbels, is de aanwezigheid van interobservervariabiliteit onvermijdelijk 8,9. De diagnoseresultaten van radiologen met verschillende ervaringsniveaus zijn verschillend. Onervaren radiologen hebben meer kans om een verkeerde diagnose te stellen dan ervaren radiologen. Sommige kenmerken van de VS, zoals reflecties, schaduwen en echo's, kunnen de beeldkwaliteit verslechteren. Deze verslechtering van de beeldkwaliteit veroorzaakt door de aard van amerikaanse beeldvorming maakt het zelfs voor ervaren artsen moeilijk om knobbeltjes nauwkeurig te lokaliseren.
Computerondersteunde diagnose (CAD) voor schildklierknobbels heeft zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld en kan fouten veroorzaakt door verschillende artsen effectief verminderen en radiologen helpen bij het snel en nauwkeurig diagnosticeren van knobbeltjes10,11. Verschillende CNN-gebaseerde CAD-systemen zijn voorgesteld voor schildklier US nodule analyse, waaronder segmentatie 12,13, detectie 14,15 en classificatie 16,17. CNN is een meerlaags, begeleid leermodel18 en de kernmodules van CNN zijn de convolutie- en poolinglagen. De convolutielagen worden gebruikt voor functie-extractie en de poolinglagen worden gebruikt voor downsampling. De convolutionele schaduwlagen kunnen primaire kenmerken zoals de textuur, randen en contouren extraheren, terwijl diepe convolutionele lagen semantische kenmerken op hoog niveau leren.
CNN's hebben veel succes gehad in computer vision 19,20,21. CNN's slagen er echter niet in om contextuele afhankelijkheden op lange afstand vast te leggen vanwege het beperkte geldige receptieve veld van de convolutionele lagen. In het verleden gebruikten backbone-architecturen voor beeldclassificatie meestal CNN's. Met de komst van Vision Transformer (ViT)22,23 is deze trend veranderd en nu gebruiken veel state-of-the-art modellen transformatoren als backbones. Op basis van niet-overlappende beeldpatches gebruikt ViT een standaard transformator-encoder25 om ruimtelijke relaties globaal te modelleren. De Swin Transformer24 introduceert verder schakelvensters om functies te leren. De schakelvensters brengen niet alleen meer efficiëntie, maar verminderen ook de lengte van de reeks aanzienlijk omdat zelfaandacht in het venster wordt berekend. Tegelijkertijd kan de interactie tussen twee aangrenzende vensters worden gemaakt door de werking van verschuiven (beweging). De succesvolle toepassing van de Swin Transformer in computer vision heeft geleid tot het onderzoek naar transformator-gebaseerde architecturen voor ultrasone beeldanalyse26.
Onlangs stelden Li et al. een deep learning-benadering28 voor de detectie van schildklierpapillaire kanker voor, geïnspireerd door Faster R-CNN27. Sneller R-CNN is een klassieke CNN-gebaseerde objectdetectiearchitectuur. De originele Faster R-CNN heeft vier modules: de CNN-backbone, het regiovoorstelnetwerk (RPN), de ROI-poolinglaag en de detectiekop. De CNN-backbone gebruikt een set basisconv+bn+relu+poolinglagen om functiekaarten uit de invoerafbeelding te extraheren. Vervolgens worden de functietoewijzingen ingevoerd in de RPN en de ROI-poolinglaag. De rol van het RPN-netwerk is het genereren van regiovoorstellen. Deze module gebruikt softmax om te bepalen of ankers positief zijn en genereert nauwkeurige ankers door vakregressie te begrenzen. De ROI-poolinglaag extraheert de voorstelfunctiekaarten door de invoerfunctiekaarten en -voorstellen te verzamelen en voert de voorstelfunctiekaarten in de daaropvolgende detectiekop in. De detectiekop gebruikt de voorstelfunctiekaarten om objecten te classificeren en nauwkeurige posities van de detectievakken te verkrijgen door regressie van het selectiekader te omzeilen.
Dit artikel presenteert een nieuw schildklierknobbeldetectienetwerk genaamd Swin Faster R-CNN, gevormd door de CNN-backbone in Faster R-CNN te vervangen door de Swin Transformer, wat resulteert in de betere extractie van functies voor knobbeldetectie uit echografiebeelden. Daarnaast wordt het functiepiramidenetwerk (FPN)29 gebruikt om de detectieprestaties van het model voor knobbeltjes van verschillende groottes te verbeteren door kenmerken van verschillende schalen samen te voegen.