Do oceny ilościowej przyjęto dwie metryki oceny, które zostały wykorzystane w zadaniu segmentacji obrazów CT. Były to dwie metryki podobieństwa, w tym współczynnik Dice (DICE) oraz podobieństwo objętości (VS)13:
DICE (%) = 2 × TP/(2 × TP + FP + FN)
VS (%) = 1 − |FN − FP|/(2 × TP + FP + FN)
gdzie TP, FP i FN oznaczają odpowiednio wartości prawdziwie dodatnie, fałszywie dodatnie i fałszywie ujemne, przy zadanych wynikach segmentacji oraz masce segmentacyjnej.
Wydajność modelu SEQ-UNET w segmentacji struktur oczodołu została oceniona za pomocą czterech walidacji krzyżowych. Wyniki przedstawiono w Tabeli 1. Segmentacja gałki ocznej z użyciem SEQ-UNET osiągnęła wynik dice score na poziomie 0,86 oraz VS na poziomie 0,83. Segmentacja mięśni zewnętrznych oka i nerwu wzrokowego wykazała niskie wartości dice score (odpowiednio 0,54 i 0,34). Dice score dla segmentacji gałki ocznej przekroczył 80%, ponieważ stanowiła ona znaczną część VOI i charakteryzowała się niewielką heterogenicznością pomiędzy skanami CT. Wyniki dice score dla mięśni zewnętrznych oka i nerwu wzrokowego były stosunkowo niskie, ponieważ rzadko pojawiały się one w objętości CT i występowały w relatywnie niewielkiej liczbie warstw CT. Jednakże wyniki podobieństwa wizualnego dla mięśni zewnętrznych oka i nerwu wzrokowego (odpowiednio 0,65 i 0,80) były wyższe niż ich wyniki dice score. Wynik ten wskazuje na niską specyficzność segmentacji. Ogólnie dice score oraz podobieństwo wizualne modelu SEQ-UNET dla segmentacji wszystkich podstruktur oczodołu wyniosły odpowiednio 0,79 i 0,82. Przykłady wizualnych wyników segmentacji struktur oczodołu przedstawiono na Rysunku 3. Na Rysunku 3A-C kolor niebieski oznacza przewidywany wynik segmentacji, a czerwony maskę prawdy podstawowej (ground truth). Na Rysunku 3D kolory czerwony, zielony i pomarańczowy oznaczają odpowiednio segmentację gałki ocznej, mięśni oka i nerwu.

Rycina 1: Funkcje półautomatycznego maskowania. Maskowanie gałki ocznej, mięśni pozagałkowych i nerwu wzrokowego na obrazach TK oczodołów przy użyciu (A) SmartPencil, (B) SmartFill oraz (C) AutoCorrection. Maska gałki ocznej jest zaznaczana przez SmartPencil, który oblicza superpiksele warstw, a maska powstaje poprzez klikanie w superpiksele. Po kliknięciu niektórych superpikseli gałki ocznej, cała maska gałki ocznej może zostać obliczona przez SmartFill. W przypadku maskowania nerwu wzrokowego, doprecyzowanie maskowania jest wykonywane przez AutoCorrection. Gałki oczne zaznaczone kolorem niebieskim przedstawiono na (A) i (B). Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2: Architektura SEQ U-Net. Sekwencyjne przekroje 2D jako dane wejściowe i wyjściowe; dwa dwukierunkowe moduły C-LSTM zostały zastosowane na końcach bloków kodowania i dekodowania w oparciu o architekturę U-Net. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Wyniki segmentacji struktur oczodołu. (A) Gałka oczna (etykieta 1), (B) mięśnie gałki ocznej (etykieta 2), (C) nerw wzrokowy (etykieta 3) oraz (D) wieloetykietowa segmentacja (etykiety 1, 2 i 3). Lewy obraz przedstawia VOI oczodołu, środkowy obraz to przewidywana segmentacja, a prawy obraz to prawda obiektywna (ground truth). Na obrazach (A), (B) i (C) kolor niebieski oznacza wynik przewidywanej segmentacji, a kolor czerwony maskę prawdy obiektywnej. Na obrazie (D) kolory czerwony, zielony i pomarańczowy oznaczają odpowiednio segmentację gałki ocznej, mięśni pozagałkowych oraz nerwu wzrokowego. Przewidywana segmentacja wykazała wysoką skuteczność (DICE: 0,86 vs 0,82) w przypadku gałki ocznej, ale niską skuteczność w przypadku mięśni pozagałkowych (DICE: 0,54 vs 0,65) i nerwu wzrokowego (DICE: 0,34 vs 0,8). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
| Wieloetykietowe | Etykieta 1 (Gałka oczna) | Etykieta 2 (Mięsień zewnętrzny oka) | Etykieta 3 (Nerw wzrokowy) |
| DICE | VS | DICE | VS | DICE | VS | DICE | VS |
| SEQ-UNET | 0.79 | 0.82 | 0.86 | 0.83 | 0.54 | 0.65 | 0.34 | 0.8 |
Tabela 1: Wyniki segmentacji dla wskaźnika DICE oraz podobieństwa wizualnego.Gałka oczna, która posiada stosunkowo dużą liczbę przekrojów, została dobrze zsegmentowana z wartością DICE wynoszącą 0,8, natomiast mięśnie pozagałkowe oraz nerw wzrokowy, które charakteryzują się małą liczbą przekrojów i kształtem liniowym, zostały zsegmentowane częściowo, z wartościami DICE odpowiednio 0,54 i 0,34,
Wideo 1: Kreator SmartPencil w programie do maskowania. Demonstracja adnotowania wielu pikseli w celu maskowania gałki ocznej. Zadania maskowania są uruchamiane jednym kliknięciem w zgrupowanych superpikselach. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać to wideo.
Wideo 2: Kreator SmartFill w programie do maskowania. Demonstracja adnotowania wielu pikseli w celu maskowania gałki ocznej. Po wybraniu kilku pikseli w obszarze adnotacji, funkcja ta generuje pełne maski segmentacyjne o intensywnościach zbliżonych do wybranych pikseli. Kliknij tutaj, aby pobrać to wideo.
Wideo 3: Autokorekcja w programie do maskowania. Demonstracja automatycznej korekcji zamaskowanego piksela z wykorzystaniem algorytmu wstępnie wytrenowanej splotowej sieci neuronowej. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać to wideo.
Tabela uzupełniająca 1: Środowisko uruchomieniowe (RTE) maskowania, wstępnego przetwarzania i modelowania segmentacji. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.