Current directions in biomedical engineering: Recognition of the lumbar spine using MRI plane-based FiLM conditioning and patient dependent batching on semantic segmentation

Stelzner, Tim; Baur, David; Neumann, Juliane; Berger, Johann; Völker, Anna; Heyde, Christoph-E.; Neumuth, Thomas; Bieck, Richard

Recognition of the lumbar spine using MRI plane-based FiLM conditioning and patient dependent batching on semantic segmentation / Stelzner, Tim (CC BY)

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Periodical

Title:: Current directions in biomedical engineering

Publication:: Berlin: De Gruyter

Note:: Open Access; Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International

Scope:: Online-Ressource

ISSN:: 2364-5504

ZDB-ID:: 2835398-5

VÖBB-Katalog:: 35423553

Keywords:: Zeitschrift

Classification:: Naturwissenschaften

DDC Group:: 570 Biowissenschaften, Biologie

Collection:: Naturwissenschaften

Copyright:: Rights reserved

Accessibility:: Free Access

Article

Author:: Stelzner, Tim; Baur, David; Neumann, Juliane; Berger, Johann; Völker, Anna; Heyde, Christoph-E.; Neumuth, Thomas; Bieck, Richard

Title:: Recognition of the lumbar spine using MRI plane-based FiLM conditioning and patient dependent batching on semantic segmentation

Publication:: Berlin: De Gruyter, 2024

Language:: English

Information:: Abstract: Lower back pain (LBP) is a common symptom that can be linked to the degeneration of intervertebral discs or injuries to vertebrae. Accurate segmentation of lumbar spinal structures is vital for image-based surgery planning but can be resource intensive. Recent studies have shown that U-Net models can be used reliably to segment vertebrae and intervertebral discs from medical imaging data. This study investigated the potential of combining multiple planar MRI images to segment these structures automatically. The study used MRI data from 83 patients with back pain of the lower spine, with ground truth segmentations performed by a spine surgery specialist using Mimics software. The segmentation models were trained using a specialized patient batching method and a FiLMed U-Net model, which applies a Feature-wise Linear Modulation layer to improve mask generation. The models were trained using a 10-fold cross validation study, and the dice loss was used as the objective function. The study found that both patient batching and FiLM layers improve results by around 5% compared to a baseline U-Net. The average IoU scores of the patient batching method were 0.896 for vertebrae and 0.876 intervertebral disc segmentation. The FiLMed U-Net model achieved average IoU scores of 0.844 and 0.814 and against a baseline of 0.837 and 0.774, respectively. A web-based tool was developed to enable medical personnel to assess segmentation quality visually. Overall, the study indicates that U-Nets show better segmentation potential when using imaging data with complete 3D information of one patient. Future studies should focus on increasing the dataset size and exploring other 3D model architectures to improve segmentation performance.

Scope:: Online-Ressource

Note:: Open Access; Archivierung/Langzeitarchivierung gewährleistet

Keywords:: Semantic Segmentation ; Machine Learning ; UNet ; Tissue Diagnostics ; FiLM

Classification:: Naturwissenschaften

URN:: urn:nbn:de:101:1-2409161536488.455677063591

Collection:: Naturwissenschaften

Copyright:: CC BY

Accessibility:: Free Access

Full text

243 
Das neue Polizeidienstgebäude in Charlottenburg. 
244 
Abb 8. Diele der Präsidenten wohnung. 
Risalite betont und nur in der Mitte ergab sich durch die 
hier angeordnete zweigeschossige Eingangshalle (Text-Abb. 7 
und 10) und den im dritten Stock liegenden höher geführten 
Konferenzsaal ein größeres Architekturmotiv, welches durch 
ein hohes Zeltdach mit Dachreiter abgeschlossen wurde. 
Außerdem ist noch die Mittelachse der Seitenfront durch das 
reichere Portal zur Präsidentenwohnung mit Pilasteranordnung 
darüber ausgezeichnet (Text-Abb. 1 u. 12). Die Architektur 
teile sind in sparsamer Weise durch Bildhauerarbeiten ge 
schmückt worden. Größeren figürlichen Schmuck hat nur das 
Giebelfeld über dem Mittelbau durch die Bildhauer Cauer 
und Bendorff erhalten, während die übrigen ornamentalen 
und figürlichen Kartuschen vom Bildhauer Gcdon modelliert 
sind. Von diesen sind besonders die kleinen Kartuschen 
über den Fensterstürzen des Hauptgeschosses bemerkens 
wert. Es haben sechs verschiedene Motive Verwendung 
gefunden, von denen vier zum Schlüsse in den Text-Abb. 13 
bis 16 wiedergegeben sind. Dargestellt sind die Wachsam 
keit durch den Halm, die Diebe mit dem gestohlenen Gute, 
der* Polizeihund als der neue Helfer der Polizei und 
endlich die trotz stets verschleiertem Gesicht alles sehende 
Geheimpolizei. Die beiden anderen stellen noch das Gesetz 
und die Polizei im Kampfe mit dem Drachen des Aufruhrs 
dar. Die große Kartusche über dem Mittelbau zeigt in ihrem 
Felde die Faust mit dem Schwert, umschlungen vom Spruch 
bande der Polizeiverordnung. Die beiden von Adlern be 
gleiteten Kartuschen am Hauptportal enthalten die Anfangs 
buchstaben der Namen Friedrichs L, als des Begründers von 
Charlottenburg und des regierenden Königs. Für die Archi 
tekturteile der Fassaden ist Muschelkalk verwendet worden, 
mit Ausnahme der Horstwegfront, wo sie der Sparsamkeit 
halber aus Putz herge- 
stellt sind. Die senkrech 
ten Streifen zwischen den 
Fenstern vom ersten bis 
dritten Stockwerk der 
Rücklagen zwischen den 
Risaliten haben einen wet 
terfesten Terrasitputz er 
halten, ebenso die Hoffas 
saden unter einfacher Glie 
derung (Text-Abb. 11). Im 
Innern hat nur an einigen 
Stellen eine reichere Aus 
bildung stattgefunden. Die 
Eingangshalle sowie die 
Flurgänge des ersten Stock 
werks sind massiv gewölbt, 
im übrigen enthält das 
Gebäude massive Stein- 
eisendecken nach Kohl 
metzscher Bauart (vgl. Zen 
tralblatt d. Bauverw. 1909, 
S. 314). Die Flurgänge 
und Treppenhäuser haben 
durch Antragarbeiten und 
Malereien einen dem Zweck 
d,es Gebäudes entsprechen 
den bescheidenen Schmuck 
erhalten, ebenso wie die Halle, der Sitzungssaal und die 
Dienstwohnung des Präsidenten. Die erwähnten Antragarbeiten 
Abb. 9. Treppenhaus der Präsidentenwolmung.

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