I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 ,   p p .   303 ~ 310   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijece . v 12 i 1 . pp 3 0 3 - 3 1 0           303     J o ur na ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Deep segm en tatio n of t h e liver an d   the  he pa tic  tumo r s from  a bdo men  tom o g ra phy   ima g es       Ner m ee n E lm ena ba wy 1 ,   M er v a t   E l - Sed dek 2 ,   H o s s a m   E l - Din M o u s t a f a 1 Ahm ed  E lna k ib 1   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o m mu n i c a t i o n En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   M a n so u r a   U n i v e r si t y ,   M a n s o u r a ,   Eg y p t   2 D e p a r t me n t   o f   C o mm u n i c a t i o n a n d   El e c t r o n i c En g i n e e r i n g ,   M i sr   H i g h e r   I n st i t u t e   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   M a n s o u r a ,   E g y p t       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   1 ,   2 0 2 0   R ev is ed   Au g   3 ,   2 0 2 1   Acc ep ted   Au g   1 4 ,   2 0 2 1       p ip e li n e d   fra m e wo rk   is  p r o p o se d   fo a c c u ra te,  a u t o m a ted ,   sim u lt a n e o u s   se g m e n tatio n   o f   th e   li v e a w e ll   a th e   h e p a ti c   t u m o rs  fr o m   c o m p u te d   to m o g ra p h y   (CT)  ima g e s.  T h e   in tro d u c e d   fra m e wo rk   c o m p o se d   o f   th re e   p ip e li n e d   le v e ls.  F irst ,   tw o   d iff e re n tran sfe r d e e p   c o n v o l u ti o n a n e u ra l   n e two rk (CNN a re   a p p li e d   to   g e h ig h - lev e c o m p a c fe a tu r e o CT   ima g e s.  S e c o n d ,   a   p ix e l - wise   c las sifier  is  u se d   to   o b tain   tw o   o u tp u t - c las sified   m a p fo e a c h   CNN   m o d e l.   F i n a ll y ,   a   f u sio n   n e u r a n e two r k   (F NN is  u se d   to   in te g ra te  th e   tw o   m a p s.  Ex p e rime n tatio n p e rfo r m e d   o n   t h e   M ICCAI’2 0 1 7   d a tab a se   o t h e   li v e tu m o se g m e n tati o n   (LI T S c h a ll e n g e ,   re su lt   i n   a   d ice   sim il a rit y   c o e ffici e n (DSC)   o f   9 3 . 5 %   f o th e   se g m e n tatio n   o f   th e   li v e a n d   o 7 4 . 4 0 %   fo t h e   se g m e n tatio n   o t h e   les io n ,   u si n g   a   5 - f o ld   c ro ss - v a li d a ti o n   sc h e m e .   Co m p a ra ti v e   re su lt wit h   t h e   sta te - of - th e - a rt   tec h n iq u e o n   t h e   sa m e   d a ta  s h o th e   c o m p e t in g   p e rfo rm a n c e   o th e   p ro p o se d   fra m e wo rk   fo sim u lt a n e o u s li v e a n d   tu m o r   se g m e n tatio n .   K ey w o r d s :   C o m p u ted   to m o g r a p h y   Dee p   lear n in g   L iv er   Seg m en tatio n   T u m o r s   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ah m ed   E ln ak i b   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n s   E n g in ee r in g ,   Facu lty   o f   E n g in ee r i n g   Ma n s o u r Un iv er s ity   E lg o m h o u r ia  St.,   Ma n s o u r 3 5 5 1 6 ,   E g y p t   E m ail:  n ak ib @ m an s . ed u . e g       1.   I NT RO D UCT I O N   Acc o r d in g   to   th e   W o r ld   Hea lt h   Or g an izatio n   ( W HO) ,   liv er   ca n ce r   is   th m ain   ca u s o f   ca n ce r   d ea t h s   am o n g   all  t y p es  o f   ca n ce r s .   W o r ld wid e,   ar o u n d   8 0 0 , 0 0 0   ca s es  o f   liv er   ca n ce r   ar d iag n o s ed   ea c h   y ea r ,   ac co u n tin g   f o r   ar o u n d   7 0 0 , 0 0 0   d ea th s   [ 1 ] .   I n   2 0 1 9 ,   th A m er ican   C an ce r   So ciety   ( AC S)  esti m ated   ar o u n d   4 2 , 0 3 0   n ew  ca s es  f o r   p r im ar y   liv er   ca n ce r   an d   in tr a h ep atic  b ile  d u ct  ca n ce r   in   th Un ited   States ,   with   ar o u n d   3 1 , 7 8 0   d ea t h s   [ 1 ] .   T h ese  m etr i cs r ef lect  th ep id em ic  in f latio n   o f   liv e r   ca n ce r .     C o m p u ted   to m o g r ap h y   ( C T )   im ag in g   is   u s u ally   u s ed   f o r   liv er   s eg m en tatio n   an d /o r   li v er   ca n ce r   d etec tio n .   Ho wev er ,   m a n u al  s eg m en tatio n   o f   th liv e r   an d /o r   th liv er   tu m o r s   f r o m   C T   im ag es c o n s u m es a   lo o f   tim an d   s u f f er s   f r o m   o b s er v er   v a r iab ilit y .   T h e r ef o r e ,   t h d esig n   o f   ef f i cien c o m p u ter   aid ed   d ia g n o s tic   ( C AD)   s y s tem s ,   to   ass is th r ad io lo g is ts   f o r   liv er   s eg m en tat io n   an d /o r   liv e r   ca n ce r   s eg m e n tatio n ,   is   wid ely   in v esti g ated   o p en   r esear ch   p r o b lem .   T h r o u g h o u liter atu r e,   d if f er en m eth o d o lo g ies  h av b ee n   u tili ze d   f o r   liv er   s eg m en tatio n   an d /o r   f o r   liv er   ca n ce r   s eg m en tatio n .   T h ese  m eth o d s   ca n   b e   ca teg o r ized   as  t r ad itio n al   m eth o d s   o r   d ee p   lear n in g   m eth o d s .     T r ad itio n al  ap p r o ac h es  u s u all y   ex tr ac f ea tu r es,  e. g . ,   in ten s i ty ,   tex tu r e,   s h ap e,   f r o m   liv e r   C T   im ag e s   an d   u s a   class if ier   b ased   o n   th ese  f ea tu r es  t o   p e r f o r m   th e   s eg m en tatio n   p r o ce s s .   On   th o th er   h an d ,   d ee p   lear n in g   m eth o d s   u s u ally   u s co n v o l u tio n al  n e u r al  n etwo r k s   ( C NN)   th at  co n s is o f   n u m b er   o f   co n v o l u tio n al   lay er s   f o r   ex tr ac ti n g   l o w - lev el   an d   h ig h - lev el   f ea tu r es  f o r   th e   liv er   C T   im ag es  an d   f u lly   c o n n ec ted   lay er s   t o   en co d c o m p ac t f e atu r s et  f o r   th s eg m e n tatio n   p r o ce s s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 3 0 3 - 310   304     Fo r   th task   o f   liv er   s eg m en t atio n ,   p r elim in ar y   s tep   in   m an y   C AD  s y s tem s   f o r   liv er   ca n c e r   [ 2 ]   a n d   l i v e r   f i b r o s i s   [ 3 ] ,   d i f f e r e n t   t r a d i t i o n a l   a n d   d e e p   l e a r n i n g   m e t h o d s   h a v e   b e e n   a p p l i e d .   F o r   e x a m p l e ,   B a r s t u g a n   et  a l.   [ 4 ]   u s ed   s u p e r - p ix el   lin ea r   iter ativ clu s ter in g   ap p r o ac h   an d   Ad aBo o s alg o r ith m   to   s eg m en th e   liv er ,   ac h iev in g   DSC   o f   9 2 . 1 3 o n   1 6   a b d o m e n   C T   test   im ag es.  Mu th u s wam y   a n d   Ka n m a n [ 5 ex tr ac te d   th e   liv er   f r o m   C T   im ag es  b ased   o n   in ten s ity   th r esh o ld in g ,   f u z zy   c - m ea n s   clu s ter in g ,   an d   co n n ec ted   co m p o n e n t   an aly s is .   Fo r   ex am p le,   C h an g   et  a l.  [ 6 ]   s eg m en ted   t h tu m o r s   u s in g   r e g io n   g r o win g   al g o r ith m .   b in ar y   lo g is tic  r eg r ess io n   an aly s is   b ased   o n   ex tr ac ted   tex tu r e ,   s h ap e,   an d   k in etic   cu r v e   f ea tu r es  wer f u r th er   p er f o r m ed   to   class if y   th s eg m en ted   tu m o r s   ( B en ig n   o r   Ma lig n an t) .   I n   C h leb u s   et  a l.   [ 7 ] ,   m o d if ied   U - ne   [ 8 ]   ar ch itectu r was  u s ed ,   c o n s is ts   o f   f o u r   r eso lu tio n   lev els,  f o r   liv er   tu m o r s   s eg m e n tatio n .   Yu an   [ 9 ]   u s ed   a   h ier ar ch ical  d ee p   f u lly   co n v o l u tio n al - d ec o n v o l u tio n al  n eu r a n etwo r k s   ( C DNN)   f o r   tu m o r   s eg m en tatio n .   An   in itial  liv er   s eg m en tatio n   was p r o v id e d   u s in g   a   s im p le  C DNN  m o d el.   T h e   s eg m en ted   liv er   r eg io n   was  r e f in ed   u s in g   an o th e r   C DN to   f in d   th f in al  liv er   s eg m en tatio n   e n h an ce d   b y   h is to g r am   eq u aliz atio n .   T h en   t h ir d   C DNN  i s   ap p lied   f o r   tu m o r   s e g m en tatio n .   B et  a l.   [ 1 0 ]   u s ed   d ee p   r esid u al  n etwo r k s   ( R esNet)   f o r   liv er   an d   lesi o n s   s eg m en tatio n .   Gr u b er   et  a l.   [ 1 1 ]   a p p lied ,   s eq u e n tial ly ,   two   U - n et  [ 8 ]   n etwo r k s   f o r   liv er   an d   lesi o n s   s eg m en tatio n .   W an g   et  a l.   [ 1 2 ]   3 atlas - b ased   m o d el  f o r   liv er   s eg m en tatio n .   Sh et   a l.   [ 1 3 ]   u tili ze d   d ef o r m a b le  s h ap liv er   s eg m e n tatio n   m eth o d .   So n g   et  a l.   [ 1 4 ]   im p lem en te d   m o d i f ied   U - Net  m o d el  f o r   li v e r   s eg m en tatio n .   Alth o u g h   th m eth o d s   p r esen ted   in   th liter atu r ac h iev ed   g o o d   r esu lts ,   th ac cu r ac y   is   s till   a   n ee d   to   b e   im p r o v ed .   T h e   p r esen s tu d y   p r esen ts   d ee p   l ea r n in g   s y s tem   f o r   s im u ltan e o u s   liv er   a n d   t u m o r   s eg m en tatio n   u s in g   C NN  m o d elin g .   T h m ai n   co n t r ib u tio n s   o f   th is   wo r k   a r as f o llo ws:     I n v esti g atin g   d if f er en d ee p   lear n in g   ar c h itectu r es  f o r   liv er   an d   tu m o r   s eg m en tatio n   ( i.e . ,   Den s en et  an d   FC N - Alex Net)     Ap p ly in g   3 n ar r o w - b a n d   o f   th in p u t im ag es to   en h an ce   t h d ee p   tr ai n in g     Usi n g   s m ar t f u s io n   o f   two   C NN  ar ch itectu r es to   im p r o v t h s eg m en tatio n   q u ality     Per f o r m an ce   e v alu atio n   o n   th e   MI C C AI 2 0 1 7   ch allen g liv e r   tu m o r   s eg m en tatio n   ( L I T S)   d atab ase.     T h s tr u ctu r e   o f   th is   p ap e r   is   as  f o llo win g .   Sectio n   2   p r esen ts   th s u g g ested   s y s tem   f o r   s im u ltan eo u s   liv er   a n d   tu m o r   s eg m en tatio n .   Sectio n   3   s u m m ar izes  th p r o p o s ed   s y s tem   r esu lts   as  well  as  th e   co m p ar ativ r esu lts   to   th cu r r en t state - of - th e - ar t te c h n iq u es.   Fin ally ,   s ec tio n   4   co n clu d es t h p ap er .         2.   M E T H O DS   T h p r o p o s ed   f r am ewo r k   p r o ce s s es  r aw  im ag e   th r o u g h   t h r ee   s tag es  as  s h o w n   in   Fig u r 1 .   First,  f ea tu r es  ar ex tr ac ted   f r o m   r aw  im ag es,  with o u p r e p r o ce s s in g   s tep s ,   b y   in v esti g atin g   two   d if f er en C NN  m o d els.  Seco n d ,   p ix el - wis class if icatio n   lay er   is   ap p lied .   Fin ally ,   s m ar f u s io n   o f   th e   o u tp u ts   o f   th two   C NN  m o d els  i s   p er f o r m ed   u s in g   n eu r al  n etwo r k   ( NN)   to   p r o v id th f i n al  s im u ltan eo u s   liv er   an d   tu m o r   s eg m en tatio n   m ap ,   co n tain i n g   th r ee   o u tp u t l ab els:   b ac k g r o u n d   ( B G) ,   liv er ,   an d   lesi o n .             Fig u r 1 .   Pro p o s ed   f r am ewo r k   f o r   th e   liv er   an d   lesi o n s   s eg m en tatio n   with   th r ee   s tag es: f ea t u r ex tr ac tio n   u s in g   d ee p   lea r n in g ,   class if icatio n   b ased   o n   p ix el - wi s tech n iq u e,   an d   s m ar t f u s io n       2 . 1 .     F ea t ure  e x t ra c t io n   Her ein ,   two   p r e - tr ain e d   C NNs  ar u s ed   to   g et   th f ea t u r es  o f   th liv er   an d   its   lesi o n s Den s en et  [ 1 5 ]   an d   th e   f u lly   co n n ec ted   n etwo r k   ( FC N)   u s in g   Alex n et   ( FC N - Alex n et  [ 1 6 ] ) .   T h e   Den s en et  m o d el  c o n s is ts   o f   a   d o wn - s am p lin g   p ath   an d   u p - s am p lin g   p ath .   T h d o wn - s am p lin g   p at h   ex tr ac te d   th s em a n tic  f ea tu r es  th en   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Dee p   s eg men ta tio n   o f t h liver  a n d   th h ep a tic  tu mo r s   fr o m     ( N ermeen   E lmen a b a w y )   305   up - s am p lin g   p ath   is   tr ain ed   to   r ec o v e r   th e   im ag e   r eso lu tio n   o f   th e   in p u at  t h o u tp u t   o f   t h m o d el.   Fig u r 2   s h o ws th ar ch itectu r o f   th Den s en et  m o d el.           Fig u r 2 .   Sch em atic  d iag r am s   f o r   th s tr u ct u r es o f   Den s n et  m o d el  [ 1 5 ]         FC N - Alex n et  co n s is t s   o f   an   en co d er ,   d ec o d er ,   a n d   p ix e l - wis clas s if ier   as  s h o wn   in   Fig u r 3 .   T h jo b   o f   th e   en co d er   is   to   ex tr ac h ig h - lev el  c o m p ac t   d e ep   lear n in g   f ea tu r es  f r o m   th e   ab d o m en   liv er   C T   im ag es.  Fo r   th FC N - Alex n et  m o d el,   th s tag o f   t h en co d er   co n s is ts   o f   f iv Alex n et’ s   lay er s   as  s h o wn   in   T ab le  1 ,   with   n o   f u lly   c o n n ec ted   lay er s   as  s h o wn   i n   Fig u r 3 .   T h e   jo b   o f   t h d ec o d er   is   to   p er f o r m   d ec o n v o lu tio n al   s tep s   to   g et   e x tr ac ted   f ea t u r es  with   th e   s am e   d im en s io n s   as  t h in p u im a g e.   T o   p e r f o r m   th e   s eg m en tatio n   p r o ce s s ,   class i f icatio n   lay er   b ased   o n   p ix el - wis tech n iq u is   f u r th er   u s ed ,   to   lab el  ea ch   p ix el   in   th C T   in p u t im a g in to   o n e   o f   th r ee   lab els:   lesi o n ,   liv er ,   o r   b ac k g r o u n d .           Fig u r 3 .   Sch em atic  d iag r am s   f o r   th s tr u ct u r es o f   FC N - Alex n et  [ 1 6 ]       T h p r e - tr ain ed   Den s en et  an d   Alex n et  ar e   tr ain ed   o n   th I m ag eNe lar g e - s ca le  v is u al  r e co g n itio n   ch allen g 2 0 1 2   ( I L SVR C 2 0 1 2 )   d ataset  th at  is   co m p o s ed   o f   1 0   m illi o n   tr ain in g   im ag es   o f   s ize  2 2 4 x 2 2 4   f r o m   m o r th an   1 0 0 0   s u b jects.  T h Den s en et  n etwo r k   co m p o s ed   o f   co n tig u o u s   d e n s b lo ck s .   T h er ar tr an s itio n   lay er s   ( co n v o lu tio n al  lay er s   an d   av er ag e   p o o lin g )   b etwe e n   th c o n tig u o u s   d en s b lo c k s   with   m o r e   th an     2 0   m illi o n   p ar a m eter s .   T h s ize  o f   th f ea tu r m ap   an d   th e   d en s b lo ck   is   s im ilar   to   b co n ca ten ated   ea s ily .   T h er ar g lo b al  a v er ag p o o lin g   an d   So f tMa x   class if ier   at  th en d   o f   th last   d en s b lo ck .   Alex n et  m o d el   is   co m p o s ed   o f   f iv e   co n v o lu ti o n al  lay er s   an d   th r ee   FC   lay er s   with   m o r e   th an   6 2 . 4   m illi o n   p ar a m eter s .   Mo r e   d etailed   o f   ea ch   m o d el   ca n   b f o u n d   in   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] ,   r esp ec ti v ely .   W ap p lied   th e   two   m o d els  ( Den s en et  an d   FC N - Alex n et)   in   th p r o p o s ed   s y s tem ,   s in ce   th eir   d ec o d er s   p r o d u ce   o u t p u ts   th at  ar o f   t h s am d im en s io n s   as  th in p u im ag e ,   wh ich   s u its   th task   o f   s eg m en tati o n .   I n   a d d itio n ,   th e y   h a v s h o wn   o u ts tan d in g   p er f o r m an ce   f o r   s ev er al  r ela ted   m ed ical  a p p licatio n s ,   s u ch   as  lu n g   s eg m e n tatio n   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] ,   p u lm o n ar y   ca n ce r o u s   d etec tio n   [ 1 9 ] ,   f ac e   r ec o g n itio n   [ 2 0 ] ,   b r ain   ca n ce r   [ 2 1 ]   a n d   d ia b etic  r etin o p at h y   [ 2 2 ] .     2 . 2 .   Cla s s if ica t io n   p ix el - wis class if ier   is   ap p lied   af ter   ea ch   m o d el’ s   d ec o d er   to   lab el  th s eg m en ted   o u tp u im ag e.   T h p ix el - wis class if ier   is   co m p o s ed   o f   two   lay er s So f t Ma x   lay er   an d   weig h te d   lay er   to   p er f o r m   p ix el - wis c lass if icatio n .   T h So f t Ma x   lay er   is   co m p o s ed   o f   th r ee   So f tMa x   n o d es  p er   ea ch   i m ag p ix el,   p r o v id in g   th p r o b ab ilit ies o f   th th r ee   lab els:   lesi o n ,   liv er ,   o r   b ac k g r o u n d ,   as  in   ( 1 ) .     ( ) =   ( 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 3 0 3 - 310   306   wh er   d en o tes  th i n p u at   th e   s o f tm ax   n o d e     an d   ( . )   d e n o tes  th o u tp u t p r o b a b ilit y   o f   th So f tMa x   n o d e.   T h weig h ts   o f   th p ix el  cla s s if icatio n   lay er   ar tr ain e d   u s in g   th L I T d atab ase.   B a s ed   o n   th e   lar g est  So f tMa x   p r o b a b ilit y ,   th p ix e l - wis clas s if icati o n   lay er   p r o v id es  th f in al  o u tp u lab el  f o r   ea ch   p ix el  to   b e   eith er   lesi o n ,   liv er ,   o r   b ac k g r o u n d .     2 . 3 .     F us io n neura l net wo rk   ( F NN)     T o   in v esti g ate  th e   p o ten tial  o f   f u s in g   t h ex tr ac te d   d ee p   lear n in g   f ea t u r es  f r o m   th e   two   u ti lized   d ee p   lear n in g   m o d els  ( D e n s en et  an d   FC N - Alex n et) ,   an   FNN  is   d esig n ed   to   in teg r ate  th e   s tr en g th   o f   ea c h   m o d el.   T h p r o p o s ed   FNN  co n s is ts   o f   an   in p u la y er ,   o n f u lly   co n n ec ted   h id d en   lay er ,   a n d   an   o u t p u lay er   as  s h o wn   in   Fig u r 4 .   T h i n p u la y er   o f   th FNN  co n s is ts   o f   th t wo   in p u lab ele d   im ag es  ( f r o m   th o u t p u ts   o f   t h e   Den s en et  an d   th e   FC N - Alex n et  m o d els).   T h h id d en   la y er   is   co m p o s ed   o f   n u m b e r   o f   1   n o d es,  1 =1 0 0 ,   s elec ted   d u r in g   ex p er im e n tatio n s ,   all  with   tan h   ac tiv atio n   f u n ctio n s .   T h o u tp u lay e r   i s   co m p o s ed   o f   th e   f in a lly   f u s ed   o u tp u lab ele d   im ag with   th s am d im en s io n s   as  th in p u im ag es.  Fig u r 4   s h o ws  ty p ical   ex am p le  o f   f u s io n ,   wh er th e   p r o p o s ed   FNN  was a b le  to   en h an ce   th p er f o r m an ce   o f   th g iv en   ex a m p le.           Fig u r 4 .   Ar c h itectu r o f   th p r o p o s ed   FNN       2 . 4 .     P er f o rma nce  m et rics   I n   o r d er   to   ac cu r ately   ev alu a te  th p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   s y s tem   f o r   th liv er   an d   tu m o r   s eg m en tatio n ,   two   p ar a m eter s   ar u s ed   to   ass ess   th q u ality   o f   s eg m en tatio n o n ar ea - b a s ed   m etr ic;  th d ice  s im ilar ity   co ef f icien ( DS C ) ,   an d   d is tan ce - b ased   m etr ic;  t h av er ag s y m m etr ic  s u r f ac e   d is tan ce   ( ASSD).   T h DSC   [ 2 3 ]   r ep r esen ts   th ar ea   o v er lap   b etwe en   th s eg m en ted   im ag ( S)  an d   th g r o u n d   tr u th   ( GT )   im ag e:        (  )   |   ∩   | / 0 . 5 ( | |   |  | )   ×  1 0 0   %   ( 2 )     wh er th | .   |   o p er ato r   d en o tes th o b ject  ar ea .   On   th e   o th er   h a n d ,   th e   ASSD  [ 2 4 ]   m ea s u r es  t h d is tan ce   b et wee n   th e   s eg m en ted   o b ject  s u r f ac a n d   its   co r r esp o n d in g   GT   s eg m e n tatio n   s u r f ac e,   k n o wn   as  th e   a v er ag e   o f   th e   E u clid ian   d is tan ce s ,   ,   f r o m   ( i)   all  p o in ts ,   o n   th e   s u r f ac e   o f   t h e   s eg m en ted   o b ject  (  )   t o   th e   s u r f ac o f   th GT   ( )   an d   ( ii)  all  p o in ts   o n   th e     to    :        (  )   =1 / ( |  |   | | )   ×  ( ( x , G Ts )    ( x , Ss ) x G T s   )   ×  1 0 0   %   ( 3 )       3.   E XP E R I M E N T A L   RE SUL T S AN D I SC USS I O   I n   th is   s ec tio n ,   th e   L I T S   ch all en g in g   d atab ase,   th e   ex p er im en tal  s etu p ,   an d   th e   co m p ar at iv r esu lts   to   o th er   m et h o d s   ar d etailed .     3 . 1 .     L I T da t a ba s e   T h L I T ch allen g in g   d atab as [ 2 5 ] ,   [ 2 6 ]   c o n s is ts   o f   1 3 0   co n tr ast - en h an ce d   a b d o m in al  C T   tr ain in g   s ca n s   co llected   f r o m   s ev en   d if f er en clin ical  in s titu tio n s .   T h tr ain in g   C T   s ca n s   wer g iv en   with   m an u al  s eg m en tatio n s   o f   th liv e r   an d   liv er   lesi o n s   d o n e   b y   t r ai n e d   r ad io lo g is ts .   All  v o lu m es  co n tain ed   d if f er e n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Dee p   s eg men ta tio n   o f t h liver  a n d   th h ep a tic  tu mo r s   fr o m     ( N ermeen   E lmen a b a w y )   307   n u m b er   o f   ax ial  s lices  ( 4 2   to   1 0 2 6   cr o s s - s ec tio n   p er   v o lu m e) ,   with   an   o v er all  n u m b er   o f   1 6 , 9 1 7   im ag es.  T h e   s ize  o f   ea ch   C T   im ag is   5 1 2 × 5 1 2   p i x els.  Data   d escr ip tio n   is   d etailed   in   [ 2 5 ]   a n d   [ 2 6 ] .       3 . 2 .     E x perim ent a l set t ing     Mo d el  1   ( Den s en et)   an d   Mo d el  2   ( FC N - Alex n et)   ar tr ain ed   u s in g   th d atab ase  o f   L I T co m p etitio n   as  f o llo ws:   in itially ,   all  th e n co d e r s   weig h ts   ar in itialized   b y   tr an s f e r r in g   t h Den s en et   n etwo r k   in   [ 1 5 ]   an d   Alex n et  i n   [ 1 6 ]   p er tai n ed   weig h ts ,   r esp ec tiv ely .   I n   t h tr ain in g   p h ase ,   all  en co d e r   lay er s   an d   d ec o d er   lay e r s   ar f in e - t u n ed   u s in g   th L I T d ata.   T h tr ain in g   e p o ch s   ar r e p ea t ed   u n til  th cr o s s - en tr o p y   lo s s   is   v er y   s m all  o r   th n u m b er   o f   e p o ch s   e x ce ed s   3 0 .   I n p u ts   ar e   s h u f f led   in   e ac h   ep o c h   u s in g   a   m in i - p atch   s ize  o f   5 0 0 .   L ea r n in g   r ates  ar s et  to   1 0 - 3   f o r   m o d el  1   an d   f o r   m o d el  2   to   af f o r d   h ig h er   p ar am eter   tu n in g .   FNN  tr ain in g   a p p lie d   th s am tr ain in g   s ettin g .   All  tr ain in g   p h ases   ar im p lem en ted   u s in g   MA T L AB ©  2 0 1 8 a.   Ov er - f itti n g   is   av o id ed   b y   r ed u cin g   th n etwo r k ' s   ca p ac ity   b y   r em o v in g   lay e r s   ( f u lly   co n n ec ted   lay er   in   th p r e - tr ai n ed   n etwo r k   Alex n et  in   m o d e 2 )   an d   r ed u ci n g   th n u m b er   o f   elem en ts   in   th h id d en   la y er s   in   th f u s io n   n et wo r k .   Fiv e - f o ld   cr o s s - v alid atio n   is   u s ed   to   ev alu ate  th p r o p o s ed   s y s tem .   T wo   m o d es  ar u s ed   f o r   th e   in p u d ata:  “d u p licate”   an d   “3 n ar r o w - b a n d ”  as  s h o wn   in   Fig u r e   5 .   I n   t h “Du p licate”   m o d e,   th in p u d ata   is   co m p o s ed   o f   th r ee   d u p licated   g r ey   lev el  im ag es  at  ea ch   o f   th th r ee   s tan d ar d   ch a n n els  o f   th u tili ze d   d ee p   lear n in g   m o d el.   I n   th e   “3 n a r r o w - b a n d ”  m o d e,   in p u d ata   i s   co m p o s ed   o f   th r ee   co n s eq u e n an ato m ical   g r ey   lev el  im ag es  to   th p r o p o s ed   s y s tem   ( i.e . ,   th tar g et  im ag t o   th ce n tr alize d   C NN  m o d el s   in p u ch a n n el  a n d   th p r ev io u s   an d   n ex t c r o s s - s ec tio n s   to   ea ch   s id ch a n n el) .             ( a)   ( b )     Fig u r 5 .   T h d ata  ar e   in p u t t o   th p r o p o s ed   s y s tem   u s in g   tw o   m o d es: ( a)   “Du p licate”   an d   ( b )   “3 Nar r o w - b an d ”.   Or i g in al  im ag ( to p   r o w)   an d   GT   im ag ( b o tto m   r o w)       f iv e - f o ld   cr o s s - v alid atio n   is   ap p lied   to   e v alu ate  th e   p r o p o s ed   s y s tem   with   two   d i f f er en t   s ettin g s “g lo b al”  an d   “p er   ca s e” .   T h “g lo b al”  s ettin g   ap p lies   th 5 - f o ld   cr o s s   v alid atio n   o n   th w h o le  1 6 , 9 1 7   im ag es   o f   all  th 1 3 0   s ca n s   ( i.e . ,   3 8 3   test   im ag es  ( 2 0 o f   im ag es)   a n d   1 3 , 5 3 4   tr ain in g   im ag es  ( 8 0 o f   th im ag es)) .   On   th e   o th er   s id e,   t h p er   ca s e”   s ettin g   d i v id th d ata   b ase d   o n   ca s ( s u b ject  o r   s ca n )   a n d   ap p lies   th 5 - f o l d   cr o s s - v alid atio n   o n   th e   to tal  n u m b er   o f   1 3 0   s ep ar ate  s ca n s   ( i.e . ,   2 6   test   s u b jec ts   im ag es  ( 2 0 o f   th s ca n s )   an d   1 0 4   tr ain in g   s u b jects  ( 8 0 o f   th s ca n s ) ) .   C r o s s - en tr o p y   is   u s ed   as  th o b jectiv f u n ctio n   to   tr ain   t h n etwo r k   u s in g   ADAM   o p tim i ze r   [ 2 7 ] .   T h m e d ian   f r e q u en c y   b alan cin g   is   u s ed ,   w h er th e   weig h ass ig n ed   to   class   in   th e   lo s s   f u n ctio n .       3 . 3 .     E x perim ent a l r esu lt s   I n   o r d er   to   ass ess   q u an titativ ely   th s y s tem   p er f o r m a n ce ,   T ab le  1   p r o v id es  d etailed   liv er   an d   tu m o r   s eg m en tatio n   r esu lts   f o r   ea ch   u tili ze d   C NN  m o d el  ( Den s e n et  an d   FC N -   Alex n et)   as  w ell  as  th p r o p o s ed   f u s ed   s y s tem .   C o n s is ten with   th v is u al  r esu lts   in   Fig u r e   6 ,   th p er f o r m an ce   o f   FC N - Alex n et  m o d el  is   b ette r   th an   th Den s en et  n etwo r k .   T h is   is   d u to   th e   ef f icien s i m p ler   s tr u ctu r e   o f   t h FC N - Alex n et  ( its   en co d e r   co n tain s   o n ly   f iv c o n v o lu tio n al  lay er s   p lu s   2   f u lly   co n n ec t ed   lay er s ,   wh ich   is   ea s y   to   b tr ain ed   ef f icien tly )   co m p ar ed   to   th Den s en et  ( co n tain s   2 0 1   lay er s   [ 1 5 ] ,   m ak in g   its   tr ain in g   r ath er   co m p lex   an d   ca u s es   o v er f itti n g ) .   I n   a d d itio n ,   T ab l e s   1,   2 ,   a n d   Fig u r e   6   s h o th at  th p r o p o s ed   FNN  f u s io n   f u r th e r   im p r o v es  th e   p er f o r m an ce .   As  ex p ec ted ,   t h “3 Nar r o w - b an d ”  m o d a ch iev es  b etter   r esu lts   th an   th e   “Du p licate”   m o d e,   s in ce   it  tak es  in to   ac co u n a n   ex ten d ed   3 n ar r o w - b an d   an ato m ical  in f o r m atio n   o f   th o b ject.   Ho wev er ,   T ab le  1   s h o ws  th at   wh ile  t h “3 Nar r o w - b an d ”  m o d e   ac h i ev es  b etter   r esu lts   f o r   tu m o r   s eg m en tatio n   f o r   all   th th r ee   co m p ar e d   s y s tem s   ( Den s en et,   FC N - Alex n et,   an d   th p r o p o s ed   s y s tem ) ,   it  f ails   to   en h an ce   th liv er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 3 0 3 - 310   308   s eg m en tatio n   r esu lts .   T h is   is   d u to   th alm o s n o   s ig n if ic an ch an g b etwe en   t h liv e r   an ato m ies  f o r   th co n s eq u en t   im ag es,  w h ile  tu m o r   a n ato m y   s h o ws  s ig n if ican t   ch an g es  d u e   to   its   r elativ el y   s m all  s ize  co m p a r ed   with   th liv er .         T ab le  1 .   L iv e r   an d   tu m o r   s eg m en tatio n   r esu lts   f o r   ea c h   u tili ze d   d ee p   lear n in g   m o d el  ( Den s en et,   FC N - Alex n et,   an d   FNN) .   Fo r   ea ch   m o d el,   r esu lts   ar co m p ar ed   f o r   two   m o d es    ( “Du p licate”   an d   3 Nar r o w - b an d )   M o d e l   O b j e c t   Li v e r   Tu m o r   M o d e   G l o b a l   P e r   c a se   G l o b a l   P e r   c a se   M e t r i c   D S C   A S S D   D S C   A S S D   D S C   A S S D   D S C   A S S D   M o d e l   1   D e n se n e t   D u p l i c a t e   8 2 . 8 %   3 . 8 9   7 6 . 5 %   4 . 9 5   6 9 . 7 %   3 . 8 7   6 2 . 6 %   4 . 1 2   N a r r o w - b a n d   3 D   8 2 . 8 %   3 . 8 9   7 6 . 5 %   4 . 9 5   7 3 . 0 %   2 . 7 6   6 4 . 8 %   3 . 0 7   M o d e l   2   F C N   A l e x n e t   D u p l i c a t e   9 6 . 9 %   0 . 8 9   9 1 . 4 %   1 . 3 2   7 6 . 3 %   3 . 2 1   6 6 . 1 %   3 . 8 7   N a r r o w - b a n d   3 D   9 6 . 9 %   0 . 8 5   9 1 . 4 %   1 . 3 5   7 8 . 2 %   2 . 4 3   6 8 . 9 %   3 . 1 8   Pr o p o sed:   F N N   f u si o n   D u p l i c a t e   9 7 . 2 %   0 . 7 4   9 3 . 5 %   0 . 9 9   7 8 . 8 %   2 . 3 6   7 0 . 0 %   3 . 1 1   N a r r o w - b a n d   3 D   9 7 . 2 %   0 . 7 2   9 3 . 5 %   0 . 7 7   7 9 . 9 %   0 . 9 2   7 4 . 4 %   0 . 9 9           Fig u r 6 .   3 Nar r o w - b an d ”  s am p le  s eg m en tatio n   r esu lts .   First co lu m n   co n tain s   th i n p u t a n d   GT   s eg m en tatio n .   Seco n d ,   th ir d ,   F o r th   an d   last   co lu m n s   p r o v id es   th r esu lts   o f   Mo d el  1 ,   Mo d el  2 ,   p r o p o s ed   FF N,   an d   GT   s eg m en tatio n ,   r esp ec ti v ely ; liv er   ( f i r s t r ow )   an d   th t u m o r   ( s ec o n d   r o w)       3 . 4 .     Co m pa ra t iv e   re s ults   R esu lts   ar co m p ar ed   to   th r elate d   s tate - of - th e - ar m eth o d s   o n   th L I T co m p etitio n   d atab ase  to   q u an tify   th p r o p o s ed   s y s tem   s tr en g th   as  s h o wn   in   T ab le  2 .   T h p r o p o s ed   FNN  f u s i o n   s y s tem   ac h iev es  s u p er io r   p er f o r m a n ce   f o r   tu m o r   s eg m en tatio n ,   ev id e n ce d   b y   th h ig h est “p er   ca s e”   DSC   a n d   th s m allest “p er   ca s e”   ASSD  am o n g   all  th co m p ar ed   m eth o d s .   Ho wev er ,   th liv er   s eg m en tatio n   r esu lts   ar less   th an   th e   r elate d   m o d els.  T h e   clin ical  i m p o r tan ce   o f   th e   ac cu r ate  liv e r   s eg m en tatio n   is   less   im p o r ta n th an   th e   ac cu r ate   tu m o r   s eg m en tatio n ,   e. g . ,   wh e n   co n s id er in g   th ca s e   o f   ass is tin g   th r a d io lo g is ts   in   liv er   ca n ce r   ca s es.  L ater ,   an   in v esti g atio n   o f   h o to   in cr ea s th p er f o r m an ce   will b i n tr o d u ce d ,   esp ec ially   f o r   th li v er   s eg m en tatio n .       T ab le   2 C o m p a r ativ r esu lts   b etwe en   th p r o p o s ed   s y s tem   an d   th r elate d   s tate - of - th e - a r t   m eth o d s   u s in g   t h s am d atab ase,   co n s is tin g   o f   1 3 0   s ca n s   P a p e r   Ex p e r i m e n t a l   s e t u p   M e t h o d   Pe r c a s e   D S C   Li v e r   Tu m o r   Bi  e t   a l .   [ 1 0 ]   Tr a i n   si z e = 1 1 8   Te st   si z e = 1 3   C a sc a d e d   R e sN e t   ( M u l t i - sca l e   F u s i o n )   9 5 . 1 %   5 0 . 1 %   El me n a b a w y   e t   a l .   [ 2 8 ]   4 - f o l d   v a l i d a t i o n   Tr a i n   si z e = 9 7   Te s t   si z e = 3 3   F C N - A l e x n e t   w i t h   p r e p r o c e ssi n g   9 0 . 4 %   6 2 . 4 %   P r o p o se d   f r a m e w o r k   5 - f o l d   v a l i d a t i o n   Tr a i n   si z e = 2 6   Te st   si z e = 1 0 4   F u si n g   D e n se n e t   a n d   F C N - A l e x n e t   9 3 . 5 %   7 4 . 4 0 %   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Dee p   s eg men ta tio n   o f t h liver  a n d   th h ep a tic  tu mo r s   fr o m     ( N ermeen   E lmen a b a w y )   309   4.   CO NCLU SI O N     I n   th is   p a p er ,   a   C AD  s y s tem   f o r   s im u ltan eo u s   liv er   a n d   t u m o r   s eg m e n tatio n   is   p r esen te d ,   b ased   o n   th ef f icien f u s io n   o f   two   d ee p   lear n in g   C NN  m o d els,  t r ain ed   u s in g   3 n a r r o w - b an d   d ata.   T h s y s tem   p er f o r m an ce   is   ev alu ated   o n   t h ch allen g in g   L I T d atab ase,   ac h iev in g   s u p er io r   p er f o r m a n ce   o v er   co m p etin g   m eth o d s   f o r   liv er   tu m o r   s eg m en tatio n .   I n   th f u t u r e,   d if f e r e n C NN  ar ch itectu r es  a s   w ell  as  d if f er en f u s io n   m o d els  will b in v esti g ated   to   im p r o v t h s eg m en tatio n   ac c u r ac y .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   R .   L.   S i e g e l ,   K .   D .   M i l l e r ,   a n d   A .   Je mal ,   " C a n c e r   st a t i s t i c s,”   C A:   C a n c e J o u r n a l   f o C l i n i c i a n s ,   v o l .   6 9 ,   p p .   7 - 3 4 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 3 3 2 2 / c a a c . 2 1 5 5 1 .   [ 2 ]   L.   H u a n g ,   M .   W e n g ,   H .   S h u a i ,   Y .   H a n g ,   J .   S u n ,   a n d   F .   G a o ,   A u t o m a t i c   l i v e r   s e g m e n t a t i o n   f r o m   C T   i m a g e u si n g   s i n g l e - b l o c k   l i n e a r   d e t e c t i o n ,   Bi o m e d   R e se a rc h   I n t e r n a t i o n a l ,   v o l .   2 0 1 6 ,   p p .   1 - 1 1 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 1 6 / 9 4 2 0 1 4 8 .     [ 3 ]   E.   B a l ,   E.   K l a n g ,   M .   A m i t a i ,   a n d   H .   G r e e n s p a n ,   A u t o ma t i c   l i v e r   v o l u me  s e g m e n t a t i o n   a n d   f i b r o si c l a ss i f i c a t i o n ,   M e d i c a l   I m a g i n g   2 0 1 8 :   C o m p u t e r - Ai d e d   D i a g n o s i s,   I n t e r n a t i o n a l   S o c i e t y   f o O p t i c a n d   P h o t o n i c s ,   2 0 1 8 ,   v o l .   1 0 5 7 5 ,   A r t .   n o .   1 0 5 7 5 0 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 1 7 / 1 2 . 2 2 9 4 5 5 5 .   [ 4 ]   M .   B a r st u g a n ,   R .   C e y l a n ,   M .   S i v r i ,   a n d   H .   Er d o ğ a n ,   A u t o ma t i c   l i v e r   s e g m e n t a t i o n   i n   a b d o m e n   C i ma g e s   u si n g   S LI C   a n d   A d a B o o st   a l g o r i t h ms ,   8 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   B i o s c i e n c e .   Bi o c h e m i st r y   a n d   B i o i n f o rm a t i c s,   2 0 1 8 ,   p p .   2 9 - 1 3 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 1 8 0 3 8 2 . 3 1 8 0 3 8 3 .     [ 5 ]   J.  M u t h u sw a m y   a n d   B .   K a n m a n i ,   O p t i mi z a t i o n   b a se d   l i v e r   c o n t o u r   e x t r a c t i o n   o f   a b d o mi n a l   c t   i ma g e s ,   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e En g i n e e r i n g   ( I J EC E) ,   v o l .   8 ,   n o .   6 ,   p p .   5 0 6 1 - 5 0 7 0 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 8 i 6 . p p . 5 0 6 1 - 5 0 7 0 .   [ 6 ]   C .   C .   C h a n g   e t   a l . ,   C o mp u t e r - a i d e d   d i a g n o s i o f   l i v e r   t u m o r o n   c o m p u t e d   t o m o g r a p h y   i ma g e s,   C o m p u t e Me t h o d a n d   Pro g ra m s   i n   B i o m e d i c i n e ,   v o l .   1 4 5 ,   p p .   4 5 - 5 1 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c mp b . 2 0 1 7 . 0 4 . 0 0 8 .   [ 7 ]   G .   C h l e b u s ,   A .   S c h e n k ,   J .   H .   M o l t z ,   B .   V .   G i n n e k e n ,   H .   K .   H a h n ,   a n d   H .   M e i n e ,   A u t o ma t i c   l i v e r   t u m o r   se g me n t a t i o n   i n   C T   w i t h   f u l l y   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k a n d   o b j e c t - b a se d   p o s t p r o c e ssi n g ,   S c i e n t i f i c   r e p o rt s,   v o l .   8 ,   n o .   1 ,   2 0 1 8 ,   A r t .   n o .   1 5 4 9 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 9 8 - 0 1 8 - 3 3 8 6 0 - 7.   [ 8 ]   O .   R o n n e b e r g e r ,   P .   F i sc h e r ,   a n d   T.   B r o x ,   U - n e t :   C o n v o l u t i o n a l   n e t w o r k f o r   b i o me d i c a l   i ma g e   se g m e n t a t i o n ,   Pro c e e d i n g   o f   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   Me d i c a l   I m a g e   C o m p u t i n g   a n d   C o m p u t e r,   v o l .   9 3 5 1 ,   2 0 1 5 ,   p p .   2 3 4 - 2 4 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 3 1 9 - 2 4 5 7 4 - 4 _ 28 .   [ 9 ]   Y .   Y u a n ,   H i e r a r c h i c a l   c o n v o l u t i o n a l - d e c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k s   f o r   a u t o m a t i c   l i v e r   a n d   t u m o r   s e g men t a t i o n ,   a r Xi v   p re p ri n t   a rXi v : 1 7 1 0 . 0 4 5 4 0 ,   2 0 1 7 .     [ 1 0 ]   L.   B i ,   J .   K i m,   A .   K u mar ,   a n d   D .   F e n g ,   A u t o m a t i c   l i v e r   l e s i o n   d e t e c t i o n   u s i n g   c a sca d e d   d e e p   r e si d u a l   n e t w o r k s,”   2 0 1 7 ,   a rX i v   p re p ri n t   a rXi v : 1 7 0 4 . 0 2 7 0 3 .   [ 1 1 ]   N .   G r u b e r   e t   a l . ,   A   j o i n t   d e e p   l e a r n i n g   a p p r o a c h   f o r   a u t o m a t e d   l i v e r   a n d   t u mo r   s e g me n t a t i o n ,   2 0 1 9 ,   a rX i v   p r e p r i n t   a rXi v : 1 9 0 2 . 0 7 9 7 1   [ 1 2 ]     J.  W a n g ,   Y .   C h e n g ,   C .   G u o ,   Y .   W a n g ,   a n d   S .   Ta mu r a ,   S h a p e - i n t e n si t y   p r i o r   l e v e l   se t   c o m b i n i n g   p r o b a b i l i s t i c   a t l a a n d   p r o b a b i l i t y   ma p   c o n st r a i n f o r   a u t o mat i c   l i v e r   se g m e n t a t i o n   f r o a b d o mi n a l   C i ma g e s ,   I n t e r n a t i o n a l   j o u rn a l   o f   c o m p u t e r   a ssi s t e d   r a d i o l o g y   a n d   su r g e r y ,   v o l .   1 1 ,   n o .   5 ,   p p .   8 1 7 - 8 2 6 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 1 5 4 8 - 015 - 1 3 3 2 - 9.   [ 1 3 ]   C .   S h i . ,   Y .   C h e n g ,   F .   Li u ,   Y .   W a n g ,   J .   B a i ,   a n d   S .   Ta m u r a ,   A   h i e r a r c h i c a l   l o c a l   r e g i o n - b a se d   sp a r se  s h a p e   c o m p o s i t i o n   f o r   l i v e r   seg m e n t a t i o n   i n   C s c a n s,   P a t t e r n   R e c o g n i t i o n ,   v o l .   5 0 ,   p p .   8 8 - 1 0 6 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . p a t c o g . 2 0 1 5 . 0 9 . 0 0 1 .   [ 1 4 ]   L.   I .   S o n g ,   K .   F .   G e o f f r e y ,   a n d   H .   E .   K a i j i a n ,   B o t t l e n e c k   f e a t u r e   s u p e r v i s e d   U - N e t   f o r   p i x e l - w i se   l i v e r   a n d   t u m o r   seg m e n t a t i o n ,   Ex p e rt   S y st e m s w i t h   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   1 4 5 ,   p p .   1 1 3 - 1 3 1 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e sw a . 2 0 1 9 . 1 1 3 1 3 1 .   [ 1 5 ]   Y .   Z h u   a n d   S .   N e w sam ,   D e n se n e t   f o r   d e n se   f l o w ,   2 0 1 7   I EEE   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   I m a g e   Pro c e ss i n g   ( I C I P ) ,   2 0 1 7 ,     p p .   7 9 0 - 7 9 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C I P . 2 0 1 7 . 8 2 9 6 3 8 9 .   [ 1 6 ]   J.  L o n g ,   E.   S h e l h a mer,   a n d   T.   D a r r e l l ,   F u l l y   c o n v o l u t i o n a l   n e t w o r k s   f o r   s e ma n t i c   s e g m e n t a t i o n ,   Pr o c .   o f   t h e   I EEE  C o n f e re n c e   o n   C o m p u t e Vi s i o n   a n d   P a t t e r n   R e c o g n i t i o n ,   2 0 1 5 ,   p p .   3 4 3 1 - 3 4 4 0 .     [ 1 7 ]   A .   M i t t a l ,   R .   H o o d a ,   a n d   S .   S o f a t ,   L F - S e g N e t :   A   f u l l y   c o n v o l u t i o n a l   e n c o d e r - d e c o d e r   n e t w o r k   f o r   s e g m e n t i n g   l u n g   f i e l d s   f r o m   c h e st   r a d i o g r a p h s,”   W i re l e ss  Pe rs o n a l   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   1 0 ,   p p .   5 1 1 - 5 2 9 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 2 7 7 - 0 1 8 - 5 7 0 2 - 9.   [ 1 8 ]   A .   K a l i n o v sk y   a n d   V .   K o v a l e v ,   L u n g   i ma g e   S e g me n t a t i o n   u si n g   d e e p   l e a r n i n g   m e t h o d a n d   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k s ,   XI I I   I n t .   C o n f .   i n   P a t t e r n   Re c o g n i t i o n   a n d   I n f o rm a t i o n   Pr o c e ss i n g ,   2 0 1 6 ,   p p .   2 1 - 2 4 .     [ 1 9 ]   A .   El n a k i b ,   H .   M .   A mer,   a n d   F .   E.   A b o u - C h a d i ,   C o m p u t e r   a i d e d   d e t e c t i o n   s y s t e m   f o r   e a r l y   c a n c e r o u s   p u l m o n a r y   n o d u l e s   b y   o p t i m i z i n g   d e e p   l e a r n i n g   f e a t u r e s,   Pro c e e d i n g o f   t h e   2 0 1 9   8 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   S o f t w a r e   a n d   I n f o rm a t i o En g i n e e ri n g ,   2 0 1 9 ,   p p .   7 5 - 7 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 3 2 8 8 3 3 . 3 3 2 8 8 5 6 .   [ 2 0 ]   A . A .   M o u st a f a . ,   A .   A .   El n a k i b ,   a n d   N .   F .   A r e e d ,   O p t i m i z a t i o n   o f   d e e p   l e a r n i n g   f e a t u r e f o r   a g e - i n v a r i a n t   f a c e   r e c o g n i t i o n ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e En g i n e e r i n g   ( I J E C E) ,   v o l .   1 0 ,   n o .   2 ,   p p .   1 8 3 3 - 1 8 4 1 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 1 0 i 2 . p p 1 8 3 3 - 1 8 4 1 .     [ 2 1 ]   S .   E.   N a ss a r ,   M .   A .   M o h a m e d ,   a n d   A .   El n a k i b ,   M R I   b r a i n   t u m o r   se g m e n t a t i o n   u s i n g   d e e p   l e a r n i n g ,   Ma n s o u r a   En g i n e e r i n g   J o u rn a l ,   v o l .   4 5 ,   n o .   4 ,   p p .   4 5 - 5 4 ,   d o i :   1 0 . 2 1 6 0 8 / B F EM U . 2 0 2 1 . 1 3 9 4 7 0 .   [ 2 2 ]   D .   El s a w a h ,   A .   El n a k i b ,   a n d   H .   E.   D .   S .   M o u s t a f a ,   D e e p   l e a r n i n g   g r a d i n g   sy s t e m   f o r   d i a b e t i c   r e t i n o p a t h y   u si n g   f u n d u i m a g e s, ”  Ma n s o u r a   E n g i n e e ri n g   J o u rn a l   ( ME J ) ,   v o l .   4 5 ,   n o .   4 ,   p p .   1 - 8 ,   d o i :   1 0 . 2 1 6 0 8 / b f e m u . 2 0 2 0 . 1 1 8 6 4 6 .   [ 2 3 ]   K .   H .   Zo u   e t   a l . ,   S t a t i st i c a l   v a l i d a t i o n   o f   i ma g e   s e g m e n t a t i o n   q u a l i t y   b a se d   o n   a   s p a t i a l   o v e r l a p   i n d e x 1 :   S c i e n t i f i c   r e p o r t s,   Ac a d e m i c   Ra d i o l o g y ,   v o l .   1 1 ,   n o .   2 ,   p p .   1 7 8 - 1 8 9 ,   2 0 0 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / S 1 0 7 6 - 6 3 3 2 ( 0 3 ) 0 0 6 7 1 - 8.   [ 2 4 ]   S .   R a sc h k a ,   A n   o v e r v i e w   o f   g e n e r a l   p e r f o r m a n c e   me t r i c s   o f   b i n a r y   c l a ssi f i e r   sy s t e ms ,   a rX i v   p r e p ri n t   a rX i v : 1 4 1 0 . 5 3 3 0 ,   2 0 1 4 .     [ 2 5 ]   P .   B i l i c   e t   a l . ,   T h e   l i v e r   t u m o r   se g m e n t a t i o n   b e n c h m a r k   ( LI Ts) ,   a rX i v   p r e p ri n t   a r Xi v : 1 9 0 1 . 0 4 0 5 6 ,   2 0 1 9 .     [ 2 6 ]   P .   C h r i s t .   Li TS - l i v e r   t u m o r   seg me n t a t i o n   c h a l l e n g e . ”  T h e   L I T S   w e b si t e .   c o m p e t i t i o n s . c o d a l a b . o r g .   2 0 1 7 .   h t t p s : / / c o m p e t i t i o n s . c o d a l a b . o r g / c o m p e t i t i o n s / 1 7 0 9 4   ( a c c e sse d   A u g.   2 ,   2 0 2 1 ) .   [ 2 7 ]   J.  D u c h i ,   E.   H a z a n ,   a n d   Y .   S i n g e r ,   A d a p t i v e   su b g r a d i e n t   me t h o d f o r   o n l i n e   l e a r n i n g   a n d   s t o c h a s t i c   o p t i mi z a t i o n ,   J o u r n a l   o f   m a c h i n e   l e a r n i n g   res e a rc h ,   v o l .   1 2 ,   n o .   7 ,   p p .   2 1 2 1 - 2 1 5 9 .   2 0 1 1 .   [ 2 8 ]   N .   A .   E l me n a b a w y ,   A .   E l n a k i b ,   a n d   H .   M o u st a f a ,   D e e p   j o i n t   se g me n t a t i o n   o f   l i v e r   a n d   c a n c e r o u s   n o d u l e f r o C i ma g e s ,   2 0 2 0   3 7 t h   N a t i o n a l   R a d i o   S c i e n c e   C o n f e re n c e   ( N R S C ) ,   2 0 2 0 ,   p p .   2 9 6 - 3 0 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / N R S C 4 9 5 0 0 . 2 0 2 0 . 9 2 3 5 0 9 7 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 3 0 3 - 310   310   B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS        Ne r m e e n   Elm e n a b a w y           is  a   g ra d u a te  stu d e n in   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n E n g in e e rin g   (ECE De p a rtme n t,   F a u lt y   o f   En g i n e e rin g ,   M a n so u ra   Un iv e rsity   si n c e   2 0 1 7 .   S h e   re c e iv e d   h e BS c   fr o m   th e   ECE   De p a rtme n in   2 0 1 3 .   S h e   h a s   g a in e d   a   two - y e a h a n d - o n   e x p e r ien c e   o n   m e d ica d a ta  a n a ly sis  d u rin g   h e re se a rc h   stu d ies .   Sh e   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il :   e n g _ n e rm e e n a @y a h o o . c o m .         Mer v a El - S e d d e k           is  a n   a ss istan P ro fe ss o a th e   De p a rtme n o f   Co m m u n ica ti o n a n d   El e c tro n ic En g i n e e rin g ,   a t h e   h i g h e in s ti tu te  o e n g in e e rin g   a n d   tec h n o l o g y ,   M a n so u ra .   T h e   m a in   re se a rc h   p o i n ts  i n c lu d e   ima g e   p ro c e ss in g   a n d   m a c h in e   lea rn in g .   Sh e   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il :   m e rv a t. e lse d d e k @ie e e . o rg .         H o ss a m   E l - Din   Mo u st a fa           is  a n   a ss o c iate   P ro fe ss o r   a t h e   De p a rtme n o f   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n En g i n e e rin g ,   a n d   t h e   fo u n d e a n d   e x e c u ti v e   m a n a g e o f   Bio m e d ica En g in e e rin g   P r o g r a m   (BM E)  a th e   F a c u lt y   o f   En g i n e e rin g ,   M a n s o u ra   Un iv e rsity .   T h e   m a in   re se a rc h   p o in ts   in c l u d e   b i o m e d ica ima g i n g ,   si g n a l   p r o c e ss in g ,   a n d   d e e p   lea rn in g .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il :   h o ss a m _ m o u sta fa @h o tma il . c o m .         Ahm e d   Eln a k i b           is  a n   a ss o c iate   p ro fe ss o r   in   ECE   d e p a rt m e n t,   M a n s o u ra   Un iv e rsity .   D.   El n a k ib   h a v e   a u t h o re d   o c o - a u th o re d   m o re   th a n   2 5   j o u r n a a rti c les ,   7   b o o k   c h a p ters ,   a n d   3 0   p e e r - re v iew e d   c o n fe re n c e   p a p e rs.   D.  El n a k i b   is   a   re g u lar  re v iew e f o t o p   in tern a ti o n a m e d ica l   sig n a a n a l y sis  jo u rn a ls   th a t   in c l u d e :   M e d ic a Im a g e   An a ly sis,   IEE E   Tran sa c ti o n o n   M e d ica Im a g i n g ,   a n d   Ne u r o c o m p u ti n g .   In   2 0 1 3 ,   h e   h a a wa rd e d   t h e   Jo h n   Ho u c h e n s   P rize   f o t h e   b e st  o u tstan d i n g   d isse rtatio n .   H e   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il :   n a k ib @m a n s.e d u . e g .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.