Identifying core MRI sequences for reliable automatic brain metastasis segmentation
Abstract: Background
Many automatic approaches to brain tumor segmentation employ multiple magnetic resonance imaging (MRI) sequences. The goal of this project was to compare different combinations of input sequences to determine which MRI sequences are needed for effective automated brain metastasis (BM) segmentation.
Methods
We analyzed preoperative imaging (T1-weighted sequence ± contrast-enhancement (T1/T1-CE), T2-weighted sequence (T2), and T2 fluid-attenuated inversion recovery (T2-FLAIR) sequence) from 339 patients with BMs from seven centers. A baseline 3D U-Net with all four sequences and six U-Nets with plausible sequence combinations (T1-CE, T1, T2-FLAIR, T1-CE + T2-FLAIR, T1-CE + T1 + T2-FLAIR, T1-CE + T1) were trained on 239 patients from two centers and subsequently tested on an external cohort of 100 patients from five centers.
Results
The model based on T1-CE alone achieved the best segmentation performance for BM segmentation with a median Dice similarity coefficient (DSC) of 0.96. Models trained without T1-CE performed worse (T1-only: DSC = 0.70 and T2-FLAIR-only: DSC = 0.73). For edema segmentation, models that included both T1-CE and T2-FLAIR performed best (DSC = 0.93), while the remaining four models without simultaneous inclusion of these both sequences reached a median DSC of 0.81–0.89.
Conclusions
A T1-CE-only protocol suffices for the segmentation of BMs. The combination of T1-CE and T2-FLAIR is important for edema segmentation. Missing either T1-CE or T2-FLAIR decreases performance. These findings may improve imaging routines by omitting unnecessary sequences, thus allowing for faster procedures in daily clinical practice while enabling optimal neural network-based target definitions
- Location
-
Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
- Extent
-
Online-Ressource
- Language
-
Englisch
- Notes
-
Radiotherapy and oncology. - 188 (2023) , 109901, ISSN: 1879-0887
- Event
-
Veröffentlichung
- (where)
-
Freiburg
- (who)
-
Universität
- (when)
-
2023
- Creator
- DOI
-
10.1016/j.radonc.2023.109901
- URN
-
urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2405166
- Rights
-
Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
- Last update
-
14.08.2025, 11:01 AM CEST
Data provider
Deutsche Nationalbibliothek. If you have any questions about the object, please contact the data provider.
Associated
- Buchner, Josef
- Peeken, Jan Caspar
- Zamboglou, Constantinos
- Bilger, Angelika
- Grosu, Anca-Ligia
- Wiestler, Benedikt
- Kofler, Florian
- Universität
Time of origin
- 2023
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