Imaging plays a key role in the management of brain tumors, including the diagnosis, prognosis, and treatment response assessment. Radiomics and deep learning approaches, along with various advanced physiologic imaging parameters, hold great potential for aiding radiological assessments in neuro-oncology. The ongoing development of new technology needs to be validated in clinical trials and incorporated into the clinical workflow. However, none of the potential neuro-oncological applications for radiomics and deep learning has yet been realized in clinical practice. In this review, we summarize the current applications of radiomics and deep learning in neuro-oncology and discuss challenges in relation to evidence-based medicine and reporting guidelines, as well as potential applications in clinical workflows and routine clinical practice.
In recent years, artificial intelligence, especially object detection-based deep learning in computer vision, has made significant advancements, driven by the development of computing power and the widespread use of graphic processor units. Object detection-based deep learning techniques have been applied in various fields, including the medical imaging domain, where remarkable achievements have been reported in disease detection. However, the application of deep learning does not always guarantee satisfactory performance, and researchers have been employing trial-and-error to identify the factors contributing to performance degradation and enhance their models. Moreover, due to the black-box problem, the intermediate processes of a deep learning network cannot be comprehended by humans; as a result, identifying problems in a deep learning model that exhibits poor performance can be challenging. This article highlights potential issues that may cause performance degradation at each deep learning step in the medical imaging domain and discusses factors that must be considered to improve the performance of deep learning models. Researchers who wish to begin deep learning research can reduce the required amount of trial-and-error by understanding the issues discussed in this study.
Chest X-ray radiography and computed tomography, the two mainstay modalities in thoracic radiology, are under active investigation with deep learning technology, which has shown promising performance in various tasks, including detection, classification, segmentation, and image synthesis, outperforming conventional methods and suggesting its potential for clinical implementation. However, the implementation of deep learning in daily clinical practice is in its infancy and facing several challenges, such as its limited ability to explain the output results, uncertain benefits regarding patient outcomes, and incomplete integration in daily workflow. In this review article, we will introduce the potential clinical applications of deep learning technology in thoracic radiology and discuss several challenges for its implementation in daily clinical practice.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.27
no.11
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pp.19-27
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2022
In this study, we propose a language and platform to describe and manage the MLOps(Machine Learning Operations) workflow for time series data anomaly detection. Time series data is collected in many fields, such as IoT sensors, system performance indicators, and user access. In addition, it is used in many applications such as system monitoring and anomaly detection. In order to perform prediction and anomaly detection of time series data, the MLOps platform that can quickly and flexibly apply the analyzed model to the production environment is required. Thus, we developed Python-based AI/ML Modeling Language (AMML) to easily configure and execute MLOps workflows. Python is widely used in data analysis. The proposed MLOps platform can extract and preprocess time series data from various data sources (R-DB, NoSql DB, Log File, etc.) using AMML and predict it through a deep learning model. To verify the applicability of AMML, the workflow for generating a transformer oil temperature prediction deep learning model was configured with AMML and it was confirmed that the training was performed normally.
During the past decade, researchers have investigated the use of computer-aided mammography interpretation. With the application of deep learning technology, artificial intelligence (AI)-based algorithms for mammography have shown promising results in the quantitative assessment of parenchymal density, detection and diagnosis of breast cancer, and prediction of breast cancer risk, enabling more precise patient management. AI-based algorithms may also enhance the efficiency of the interpretation workflow by reducing both the workload and interpretation time. However, more in-depth investigation is required to conclusively prove the effectiveness of AI-based algorithms. This review article discusses how AI algorithms can be applied to mammography interpretation as well as the current challenges in its implementation in real-world practice.
Ever since ancient times, earthquakes have been a major threat to the civil infrastructures and the safety of human beings. The majority of casualties in earthquake disasters are caused by the damaged civil infrastructures but not by the earthquake itself. Therefore, the efficient and accurate post-earthquake assessment of the conditions of structural damage has been an urgent need for human society. Traditional ways for post-earthquake structural assessment rely heavily on field investigation by experienced experts, yet, it is inevitably subjective and inefficient. Structural response data are also applied to assess the damage; however, it requires mounted sensor networks in advance and it is not intuitional. As many types of damaged states of structures are visible, computer vision-based post-earthquake structural assessment has attracted great attention among the engineers and scholars. With the development of image acquisition sensors, computing resources and deep learning algorithms, deep learning-based post-earthquake structural assessment has gradually shown potential in dealing with image acquisition and processing tasks. This paper comprehensively reviews the state-of-the-art studies of deep learning-based post-earthquake structural assessment in recent years. The conventional way of image processing and machine learning-based structural assessment are presented briefly. The workflow of the methodology for computer vision and deep learning-based post-earthquake structural assessment was introduced. Then, applications of assessment for multiple civil infrastructures are presented in detail. Finally, the challenges of current studies are summarized for reference in future works to improve the efficiency, robustness and accuracy in this field.
Purpose: This study aimed to develop a deep learning architecture combining two task models to generate synthetic computed tomography (sCT) images from low-tesla magnetic resonance (MR) images to improve metallic marker visibility. Methods: Twenty-three patients with cervical cancer treated with intracavitary radiotherapy (ICR) were retrospectively enrolled, and images were acquired using both a computed tomography (CT) scanner and a low-tesla MR machine. The CT images were aligned to the corresponding MR images using a deformable registration, and the metallic dummy source markers were delineated using threshold-based segmentation followed by manual modification. The deformed CT (dCT), MR, and segmentation mask pairs were used for training and testing. The sCT generation model has a cascaded three-dimensional (3D) U-Net-based architecture that converts MR images to CT images and segments the metallic marker. The performance of the model was evaluated with intensity-based comparison metrics. Results: The proposed model with segmentation loss outperformed the 3D U-Net in terms of errors between the sCT and dCT. The structural similarity score difference was not significant. Conclusions: Our study shows the two-task-based deep learning models for generating the sCT images using low-tesla MR images for 3D ICR. This approach will be useful to the MR-only workflow in high-dose-rate brachytherapy.
Three-dimensional (3D) models have become crucial for improving civil infrastructure analysis, and they can be used for various purposes such as damage detection, risk estimation, resolving potential safety issues, alarm detection, and structural health monitoring. 3D point cloud data is used not only to make visual models but also to analyze the states of structures and to monitor them using semantic data. This study proposes automating the generation of high-quality 3D point cloud data and removing noise using deep learning algorithms. In this study, large-format aerial images of civilian infrastructure, such as cut slopes and dams, which were captured by drones, were used to develop a workflow for automatically generating a 3D point cloud model. Through image cropping, downscaling/upscaling, semantic segmentation, generation of segmentation masks, and implementation of region extraction algorithms, the generation of the point cloud was automated. Compared with the method wherein the point cloud model is generated from raw images, our method could effectively improve the quality of the model, remove noise, and reduce the processing time. The results showed that the size of the 3D point cloud model created using the proposed method was significantly reduced; the number of points was reduced by 20-50%, and distant points were recognized as noise. This method can be applied to the automatic generation of high-quality 3D point cloud models of civil infrastructures using aerial imagery.
Deep learning (DL) is a subset of machine learning and artificial intelligence that has a deep neural network with a structure similar to the human neural system and has been trained using big data. DL narrows the gap between data acquisition and meaningful interpretation without explicit programming. It has so far outperformed most classification and regression methods and can automatically learn data representations for specific tasks. The application areas of DL in radiation oncology include classification, semantic segmentation, object detection, image translation and generation, and image captioning. This article tries to understand what is the potential role of DL and what can be more achieved by utilizing it in radiation oncology. With the advances in DL, various studies contributing to the development of radiation oncology were investigated comprehensively. In this article, the radiation treatment process was divided into six consecutive stages as follows: patient assessment, simulation, target and organs-at-risk segmentation, treatment planning, quality assurance, and beam delivery in terms of workflow. Studies using DL were classified and organized according to each radiation treatment process. State-of-the-art studies were identified, and the clinical utilities of those researches were examined. The DL model could provide faster and more accurate solutions to problems faced by oncologists. While the effect of a data-driven approach on improving the quality of care for cancer patients is evidently clear, implementing these methods will require cultural changes at both the professional and institutional levels. We believe this paper will serve as a guide for both clinicians and medical physicists on issues that need to be addressed in time.
International journal of advanced smart convergence
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v.8
no.1
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pp.24-34
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2019
In this research, a practical deep learning framework to differentiate the lesions and nodules in breast acquired with ultrasound imaging has been proposed. 7408 ultrasound breast images of 5151 patient cases were collected. All cases were biopsy proven and lesions were semi-automatically segmented. To compensate for the shift caused in the segmentation, the boundaries of each lesion were drawn using Fully Convolutional Networks(FCN) segmentation method based on the radiologist's specified point. The data set consists of 4254 benign and 3154 malignant lesions. In 7408 ultrasound breast images, the number of training images is 6579, and the number of test images is 829. The margin between the boundary of each lesion and the boundary of the image itself varied for training image augmentation. The training images were augmented by varying the margin between the boundary of each lesion and the boundary of the image itself. The images were processed through histogram equalization, image cropping, and margin augmentation. The networks trained on the data with augmentation and the data without augmentation all had AUC over 0.95. The network exhibited about 90% accuracy, 0.86 sensitivity and 0.95 specificity. Although the proposed framework still requires to point to the location of the target ROI with the help of radiologists, the result of the suggested framework showed promising results. It supports human radiologist to give successful performance and helps to create a fluent diagnostic workflow that meets the fundamental purpose of CADx.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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