Brain tumor segmentation with advanced nnU-Net: Pediatrics and adults tumors - 01/03/24

Doi : 10.1016/j.neuri.2024.100156 
Mona Kharaji a , Hossein Abbasi b, , Yasin Orouskhani c , Mostafa Shomalzadeh d , Foad Kazemi e , Maysam Orouskhani f
a Department of Radiology, Shahid Mohammadi Hospital, Hormozgan University of Medical Sciences, Bandar Abbas, Iran 
b Islamic Azad University, South Tehran Branch, Tehran, Iran 
c Sharif University of Technology, Iran 
d Department of Radiology, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran 
e Department of Neurosurgery, Johns Hopkins University School of Medicine, United States of America 
f Department of Radiology, School of Medicine, University of Washington, United States of America 

Corresponding author.

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Abstract

Automated brain tumor segmentation from magnetic resonance (MR) images plays a crucial role in precise diagnosis and treatment monitoring in brain tumor care. Leveraging the Brain Tumor Segmentation Challenge (BraTS) dataset, this paper introduces an extended version of the nnU-Net architecture for brain tumor segmentation, addressing both adult (Glioma) and pediatric tumors. Our methodology integrates innovative approaches to enhance segmentation accuracy. We incorporate residual blocks to capture complex spatial features, attention gates to emphasize informative regions and implement the Hausdorff distance (HD) loss for boundary-based segmentation refinement. The effectiveness of each enhancement is systematically evaluated through an ablation study using different configurations on the BraTS dataset. Results from our study highlight the significance of combining residual blocks, attention gates, and HD loss, achieving the best performance with a mean Dice and HD score of 83%, 3.8 and 71%, and 8.7 for Glioma and Pediatrics datasets, respectively. This advanced nnU-Net showcases the promising potential for accurate and robust brain tumor segmentation, offering valuable insights for enhanced clinical decision-making in pediatric brain tumor care.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : nnU-Net, Tumor segmentation, Pediatrics, MRI


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