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Addressing signal alterations induced in CT images by deep learning processing: A preliminary phantom study.
Doria, Sandra; Valeri, Federico; Lasagni, Lorenzo; Sanguineti, Valentina; Ragonesi, Ruggero; Akbar, Muhammad Usman; Gnerucci, Alessio; Del Bue, Alessio; Marconi, Alessandro; Risaliti, Guido; Grigioni, Mauro; Miele, Vittorio; Sona, Diego; Cisbani, Evaristo; Gori, Cesare; Taddeucci, Adriana.
Afiliação
  • Doria S; Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetallici, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Florence, Italy; European Laboratory For Non Linear Spectroscopy, Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy.
  • Valeri F; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy; Scuola di Scienze della Salute Umana, Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy.
  • Lasagni L; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy; Scuola di Scienze della Salute Umana, Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy.
  • Sanguineti V; Pattern Analysis & Computer Vision, Istituto Italiano di Tecnologia, Genoa, Italy; Dipartimento di Ingegneria Navale, Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni, Università degli Studi di Genova, Genoa, Italy.
  • Ragonesi R; Pattern Analysis & Computer Vision, Istituto Italiano di Tecnologia, Genoa, Italy; Dipartimento di Ingegneria Navale, Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni, Università degli Studi di Genova, Genoa, Italy.
  • Akbar MU; Pattern Analysis & Computer Vision, Istituto Italiano di Tecnologia, Genoa, Italy; Dipartimento di Ingegneria Navale, Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni, Università degli Studi di Genova, Genoa, Italy.
  • Gnerucci A; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy; Scuola di Scienze della Salute Umana, Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy.
  • Del Bue A; Visual Geometry and Modelling, Istituto Italiano di Tecnologia, Genoa, Italy.
  • Marconi A; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy.
  • Risaliti G; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy.
  • Grigioni M; Istituto Superiore di Sanità, Centro Nazionale Tecnologie Innovative in Sanità Pubblica, Rome, Italy.
  • Miele V; Radiodiagnostica di Emergenza-Urgenza, Azienda Ospedaliero-Universitaria Careggi, Florence, Italy.
  • Sona D; Pattern Analysis & Computer Vision, Istituto Italiano di Tecnologia, Genoa, Italy; Fondazione Bruno Kessler, Trento, Italy.
  • Cisbani E; Istituto Superiore di Sanità, Centro Nazionale Tecnologie Innovative in Sanità Pubblica, Rome, Italy. Electronic address: evaristo.cisbani@iss.it.
  • Gori C; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Sezione di Firenze, Sesto Fiorentino, Florence, Italy.
  • Taddeucci A; Unità Operativa di Fisica Sanitaria, Azienda Ospedaliero-Universitaria Careggi, Florence, Italy.
Phys Med ; 83: 88-100, 2021 Mar.
Article em En | MEDLINE | ID: mdl-33740534
ABSTRACT

PURPOSE:

We investigate, by an extensive quality evaluation approach, performances and potential side effects introduced in Computed Tomography (CT) images by Deep Learning (DL) processing.

METHOD:

We selected two relevant processing steps, denoise and segmentation, implemented by two Convolutional Neural Networks (CNNs) models based on autoencoder architecture (encoder-decoder and UNet) and trained for the two tasks. In order to limit the number of uncontrolled variables, we designed a phantom containing cylindrical inserts of different sizes, filled with iodinated contrast media. A large CT image dataset was collected at different acquisition settings and two reconstruction algorithms. We characterized the CNNs behavior using metrics from the signal detection theory, radiological and conventional image quality parameters, and finally unconventional radiomic features analysis.

RESULTS:

The UNet, due to the deeper architecture complexity, outperformed the shallower encoder-decoder in terms of conventional quality parameters and preserved spatial resolution. We also studied how the CNNs modify the noise texture by using radiomic analysis, identifying sensitive and insensitive features to the denoise processing.

CONCLUSIONS:

The proposed evaluation approach proved effective to accurately analyze and quantify the differences in CNNs behavior, in particular with regard to the alterations introduced in the processed images. Our results suggest that even a deeper and more complex network, which achieves good performances, is not necessarily a better network because it can modify texture features in an unwanted way.
Assuntos
Palavras-chave

Texto completo: 1 Base de dados: MEDLINE Assunto principal: Aprendizado Profundo Idioma: En Ano de publicação: 2021 Tipo de documento: Article

Texto completo: 1 Base de dados: MEDLINE Assunto principal: Aprendizado Profundo Idioma: En Ano de publicação: 2021 Tipo de documento: Article