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.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 ,   p p .   1382 ~ 1 3 9 8   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 3 . pp 1 3 8 2 - 1 3 9 8           1382       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   H y brid  co nv o luti o na l neural net wo rk – trans former  mo dels for  liv er t umo r seg m entatio n:  a   co mpr ehensiv e re v iew       I bra him   M o ha m ed  At t iy a 1 ,   M o s t a f a   T ha bet 1 ,   M o s t a f a   R.   K a s eb 2   1 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   S y s t e ms ,   F a c u l t y   o f   C o m p u t e r s a n d   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   F a y o u m U n i v e r si t y ,   F a y o u m,  Eg y p t   2 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   F a c u l t y   o f   C o m p u t e r s   a n d   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   F a y o u m U n i v e r si t y ,   F a y o u m ,   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   Feb   1 4 ,   2 0 2 6   R ev is ed   Ma r   2 1 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ap r   2 7 ,   2 0 2 6       L i v e r   c a n c e r   i s   a   m a j o r   c a u se   o f   c a n c e r   d e a t h s   w o r l d w i d e ,   a n d   e a r l y   a n d   a c c u ra t e   s e g m e n t a t i o n   o f   l i v e r   t u m o r s   i s   a   c r i t i c a l   s te p   i n   c a n c e r   d i a g n o s i s   a n d   t r e a tm e n t .   H o w e v e r ,   e x i s t i n g   i m a g e   s e g m e n t a t i o n   t e c h n i q u e s   h a v e   d i f f i c u l t y   h a n d l i n g   t h e   v a r i a b i l i t y   o f   l i v e r   t u m o r s   o n   d i f f e r e n t   i m a g e   m o d a l i t i e s .   T h e   e m e r g e n c e   o f   d e e p   l e a r n i n g   ( D L )   a n d   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   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   ( C NN s )  h a v e   re v o l u t i o n i z e d   i m a g e   se g m e n t a t i o n   te c h n i q u e s .   H o w e v e r ,   C NN s   h a v e   l im i t a t i o n s   i n   h a n d l i n g   l o n g - r a n g e   d e p e n d e n c i e s ,   w h i c h   i s   a   c r i t i c a l   r e q u i r e m e n t   f o r   t u m o r   s e g m e n t a t i o n .   T o   o v e r c o m e   t h e se   l i m i t a t i o n s ,   r e s e a r c h e rs   h a v e   p r o p o s e d   h y b r i d   d e e p   l e a r n i n g   a r c h i t e c t u r e s ,   w h i c h   c o m b i n e   CN N s  a n d   a t t e n t io n   m e c h a n i sm s   o r   t ra n s f o r m e r s ,   to   i n t e g r a t e   l o c a l   a n d   g l o b a l   i n f o r m a t i o n   f o r   i m a g e   s e g m e n t a t i o n .   I n   t h i s   p a p e r ,   w e   p r o v i d e   a   c o m p r e h e n s i v e   a n d   a n a l y t i c a l  r e v i e w   o f   o v e r   5 0   s t a t e - of - t h e - a r t   d e e p   l e a r n i n g   a r c h i t e c t u r e s   f o r   l i v e r   a n d   t u m o r   s e g m e n t a t i o n .   I n   a d d i t i o n ,   w e   p r o v i d e   a n   e x t e n s i v e   e v a l u a t i o n   o f   3 8   h y b r i d   a n d   a d v a n c e d   a r c h i t e c t u r e s   f o r   l i v e r   t u m o r   s e g m e n t a t i o n   a n d   a   c o m p r e h e n s i v e   d i s c u s s i o n   o f   h y b r i d   C N N - t r a n s f o r m e r   a r c h i t e c t u r e s .   W e   p ro p o s e   a   n o v e l   m u l t i - d i m e n s i o n a l   t a x o n o m y   a n d   e v a l u a t e   t h e   s t a te - of - t h e - a r t   a rc h i t e c t u r e s   o n   v a r i o u s   d i m e n s i o n s ,   i n c l u d i n g   a r c h i t e c t u r a l   i n n o v a t i o n ,   s e g m e n t a t i o n   a c c u r a c y ,   c o m p u t a t i o n a l   e ff i c ie n c y ,   a n d   c l i n i c a l   a p p l i c a b i l i t y   u s i n g   b e n c h m a r k   d a t a s e ts   s u c h   a s   L i T S   a n d   3 D I R C AD b .   I n   o u r   c r i t i c a l  e v a l u a t i o n   o f   t h e   s t a t e - of - t h e - a r t  a rc h i t e c t u re s ,   w e   i d e n t i f y   s o m e   o f   t h e   l i m i t a t i o n s   a n d   c h a l l e n g e s  o f   e x i s t i n g   r e s e a r c h   a n d   p r o p o s e   a   u n i f i e d   e v a l u a t i o n   f r a m e w o r k   a n d   f u t u r e   r e s e a r c h   d i r e c t i o n s   o n   s e l f - s u p e r v i s e d   l e a r n i n g ,   e x p l a i n a b l e   a r t i f i c ia l   i n t e l l i g e n c e   ( X AI ) ,   f e d e ra t e d   l e a r n i n g ,   a n d   l i g h t w e i g h t   a r c h i t e c t u r e s .   K ey w o r d s :   Atten tio n   m ec h an is m s   Dee p   lear n in g   Hy b r id   C NN – tr an s f o r m e r   m o d els   L iv er   tu m o r   s eg m en tatio n   Me d ical  im ag e  an aly s is   Sy s tem atic  r ev iew   T h is i s  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 :   I b r ah im   M o h am ed   Attiy a   Facu lty   o f   C o m p u ter s   an d   Ar ti f icial  I n tellig en ce ,   I n f o r m atio n   Sy s tem ,   Fay o u m   U n iv er s ity   Fay o u m ,   E g y p t   E m ail: im 1 9 5 9 @ f ay o u m . e d u . eg       1.   I NT RO D UCT I O N   E ar ly   d etec tio n   an d   d iag n o s is   o f   ca n ce r   ar e  a m o n g   th e  k e y   ch allen g es  in   clin ical  o n co l o g y ,   with   liv er   ca n ce r   b ein g   a  lead in g   ca u s e  o f   ca n ce r - r elate d   d ea t h s   ac r o s s   th e  g lo b e.   Hep ato ce llu lar   ca r cin o m a,   th e   m o s t  co m m o n   ty p e   o f   liv er   ca n ce r ,   is   r ec o g n ized   as  a  h i g h ly   ag g r ess iv e  ca n ce r   ty p e   with   m in im al  o r   n o   s y m p to m s   d u r in g   th e   ea r ly   s tag es  o f   th e   d is ea s e.   Glo b al  ca n ce r   m o r tality   s tatis tics   in d icate   th at  h ep ato ce llu lar   ca r cin o m a  ( HC C )   r esu lted   in   8 3 0 , 0 0 0   ca n ce r - r elate d   d ea th s   in   th e  y ea r   2 0 2 0 ,   th u s   u n d er s co r in g   th e  n e ed   f o r   r eliab le  an d   e f f ec tiv e  ea r l y   d e tectio n   m eth o d s .   Acc u r ate  s eg m en tatio n   o f   liv er   ca n ce r   is   a   b asic  r eq u ir e m en t   in   th e  ev alu atio n   an d   m an ag e m en t  o f   ca n ce r ,   wh ich   is   wid ely   p r ac ticed   in   s ev e r al  th er a p eu tic  in ter v en tio n s ,   in clu d in g  su r g er y ,  r ad i o f r eq u e n cy  th er a p y ,  a n d  im ag e - g u i d e d  in ter v e n ti o n s .   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         Hyb r id   co n vo lu tio n a l n e u r a l  n etw o r k – tr a n s fo r mer m o d els f o r   …   ( I b r a h im  Mo h a med   A ttiy a )   1383   Ma n u al  s eg m en tatio n   o f   im a g in g   m o d alities ,   in clu d i n g   c o m p u ted   t o m o g r ap h y ,   m ag n etic   r eso n an ce   im ag in g ,   an d   p o s itro n   em is s io n   to m o g r ap h y ,   is   g en er ally   lab o r - in ten s iv e,   tim e - co n s u m i n g ,   an d   ass o ciate d   with   s ig n if ican t  in ter   an d   in tr a - o b s er v er   v ar iab ilit y .   T h is   led   r esear ch er s   to   d ev el o p   r eliab le  im ag e   s eg m en tatio n   m eth o d s   th at  ar e  au to m ated ,   r ep r o d u ci b le,   an d   ac cu r ate.   Dee p   lear n in g ,   in   p a r ticu lar   co n v o l u tio n al  n eu r al  n etwo r k s ,   is   r ec o g n ized   as  a   b r ea k th r o u g h   i n   im ag e   s eg m en tatio n ,   a s   th ey   ar e   ef f ec tiv e   in   d ea lin g   with   lo ca l  f ea tu r e s   an d   s p atial  h ier ar ch ies  in   i m ag es.  Ho wev er ,   th e  i n h er en t  lim itatio n s   o f   th e  co n v o l u tio n al  n eu r al  n etwo r k s   ar e  in   d ea lin g   with   th e  m o d elin g   o f   lo n g - r an g e  d ep en d en cies,  wh ich   ar e   im p o r tan t in   t h e  ac cu r ate  s eg m en tatio n   o f   h eter o g en eo u s   tu m o r   r e g io n s   with   ir r eg u lar   b o u n d ar ies   [ 1 ] .   R ec en t  liter atu r e  also   r ef lects  th e  p atter n   in   t h e  p r o g r ess   o f   th e  f ield ’ s   ad v an ce m en t.  Fo r   ex am p le,   th e  UNe t++   ar ch itectu r e,   wh i ch   is   an   e x ten s io n   o f   th e   U - N et  ar ch itectu r e,   h as  b ee n   ap p lied   f o r   liv er   t u m o r   s eg m en tatio n   u s in g   d en s e  s k ip   co n n ec tio n s   an d   m u lti - s c a le   f e a tu r e   a g g r e g a tio n   te c h n iq u e s   [ 2 ] .   Oth er   r ec en t  s tu d ies  h av e  f o cu s ed   o n   th e  d ev elo p m en t   o f   u n i f ied   d ee p   le ar n in g   m o d els  f o r   in teg r atin g   s eg m en tatio n   with   o th er   task s   s u ch   as  class if ica tio n   in   co m p u ted   to m o g r a p h y   ( CT )   im ag in g   s tu d ies  [ 3 ] .   R FiLM   U - Net  an d   MAP F UNe t  in co r p o r ate   r ad io m ic  f eatu r es   an d   f u s io n   u s in g   m u lt i - atten ti o n   tech n i q u es   f o r   imp r o v ed   b o u n d ar y   s eg m e n tatio n .   Dete ctio n - b ased   ap p r o ac h es  u s in g   YOL Ov 8   an d   lear n in g   ap p r o ac h es  b ased   o n   p atch - b ased   m eth o d s   f o r   lim i ted   d atasets   [ 4 ] ,   as  well  a s   s p atio tem p o r al  lear n in g   u s in g   t h e  C UNe t - C L ST M   m o d el,   h av e  also   b ee n   p r o p o s ed .   Mo r e  r ec en t  s tu d ies  h av e  f o cu s ed   o n   th e  p o te n tial  b en ef its   o f   u s in g   tr an s f o r m er s   in   C NNs f o r   liv e r   tu m o r   s eg m en tatio n   u s in g   R esTr an s UNe t a n d   MM E FU - N e t.   Desp ite  th e  s ig n if ican t  a d v a n ce m en ts   r ec o r d ed   b y   th ese   r ec en t  s tu d ies,  a  s ig n if ica n t  g ap   in   co m p r eh e n s iv e  r ev iews  th at  s p ec if ically   in teg r ate  r ec e n t  ad v an ce s   in   h y b r id   C NN - tr an s f o r m er   ar c h itectu r es   f o r   liv er   tu m o r   s eg m en tatio n   task s   is   ev id en t.  Alth o u g h   p r e v io u s   r ev iews  p r o v id e  a  g en er a l  o v er v iew  o f   d ee p   lear n in g   tech n iq u es  in   m ed ica l  im ag in g   an al y s is ,   th ey   o f ten   f o cu s   m o r e   o n   C NN - b ased   tec h n iq u es  o r   g en e r ic  tr an s f o r m er   m o d els  an d   t h er e f o r e  f ail  to   r e p r esen t  ad e q u at ely   th e  p o ten tial  s y n er g y   b etwe en   h y b r i d   m o d els  d ev elo p e d   b etwe en   2 0 2 3   an d   2 0 2 5 .   Mo r eo v er ,   m o s t  ex is tin g   r ev iews  ar e  d escr ip tiv e  i n   n atu r e  an d   p r im ar il y   f o cu s   o n   p r o v id in g   a  co m p r e h en s iv e  o v e r v iew  o f   a r ch itect u r es  in s tead   o f   a  r ig o r o u s   co m p ar ativ e  an al y s is   b ased   o n   q u a n titativ e  m etr ics   s u ch   as  Dice   s co r es  a n d   ev a lu atio n   u s in g   s tan d ar d   m etr ic s   s u ch   as  L iTS  an d   3 DI R C ADb   d atasets .   T h er ef o r e,   in   t h is   s tu d y ,   a  s y s tem atic  m eth o d o lo g y   is   f o l lo wed   to   p r o v id e   a  co m p r e h en s iv e  an d   an aly ti cal  o v e r v iew  o f   r ece n t  ad v a n cem en ts   in   h y b r id   C NN - tran s f o r m er   ar c h it ectu r es   f o r   li v e r   tu m o r   s eg m en tatio n   task s .   T h e  m ain   co n tr ib u tio n s   o f   th is   s tu d y   a r e:   a.   A  n o v el  tax o n o m y :  a  n o v el  tax o n o m y   is   p r o p o s ed   b y   class if y in g   r ec en t  s tate - of - th e - ar t  m o d els  b ased   o n   d is tin ct  h y b r id izatio n   s tr ateg ies s u ch   as ser ial,   p ar allel,   an d   m u lti - s ca le  f u s io n .   b.   Per f o r m an ce   b e n ch m ar k in g :  a   r ig o r o u s   co m p a r ativ e  an aly s is   o f   r ec en t  m o d els  d ev elo p ed   b etwe en   2 0 2 3   an d   2 0 2 5   is   p r o v id e d   b y   co m p ar in g   co m p u tatio n al  e f f ic ie n c y ,   Dice   s co r es,  an d   ar c h itectu r a l in n o v atio n s .   c.   Me th o d o lo g ical  r ig o r :  u n lik e  p r ev io u s   r ev iews  th at  p r im ar i ly   p r o v id e  a  d escr ip tiv e  a n aly s is   b ased   o n   a  g en er al  o v er v iew  o f   ar ch itectu r es  an d   tec h n iq u es,  th is   s tu d y   f o llo ws  a  r ig o r o u s   m eth o d o lo g y   b ased   o n   th e   PR I SMA  2 0 2 0   g u id elin es.   d.   Fu tu r e  r o ad m ap :   em er g in g   tr e n d s   s u ch   as  f ed e r ated   lear n in g   an d   ex p lain ab le  a r tific ial  in te llig en ce   ( AI )   in   th e  co n tex t   o f   h y b r id   m o d els  ar e  d is cu s s ed   in   th is   s tu d y   t o   o v e r co m e  is s u es  s u ch   as  in ter p r etab ilit y   in   r ec en t h y b r id   m o d els.   T h e  s p ec if ic  tim e   f r a m e  o f   2 0 2 3 - 2 0 2 5   c ap tu r es  t h e  “ mo s t  in ten s ive  p h a s e   o f  h yb r id   C N N - t r a n s fo r mer   in n o va tio n   in   liver tu mo r   s eg men ta tio n . ”       2.   B ACK G RO UND   A N D   P R E LI MI N A R I ES    L iv er   ca n ce r ,   s p ec if ically   HC C ,   is   a  m ajo r   p u b lic  h ea lth   p r o b lem   an d   a  m ajo r   c o n tr ib u to r   to   ca n ce r - r elate d   d ea th s .   I n   th e   co n te x t  o f   HC C   d iag n o s is ,   it  is   cr itical  to   n o te   th at  th e  e ar ly   d etec tio n   o f   liv er   ca n ce r   is   h in d er ed   b y   t h e  lack   o f   s p ec if ic  an d   s ig n if ican t  clin ical  s y m p to m s   d u r in g   t h e  ea r ly   s t ag es.  T h ese  asp ec ts   h ig h lig h t  th e  n ee d   to   d e v elo p   ac cu r ate  an d   tim ely   d iag n o s t ic  to o ls   to   as s is t   in   d ec is io n - m ak in g .   C o m p u te d   to m o g r a p h y   ( C T ) ,   m ag n etic  r eso n an ce   im ag i n g   ( MRI) ,   an d   p o s itro n   em is s io n   to m o g r ap h y   ( PET )   p lay   a  v ital  r o le  in   th e  d iag n o s is   an d   tr ea t m en t  o f   liv er   ca n ce r .   I n   th e  c o n tex t  o f   m ed ical  im ag e  an al y s is ,   m ed ical  im ag e   s eg m en tatio n   is   co n s id er ed   to   b e   an   ess en tial  s tep   in   th e   q u a n titativ e  an aly s is   o f   m ed ical  im ag es.  I n   th e   co n tex t  o f   liv er   an d   liv er   tu m o r   s eg m en tatio n ,   it  is   cr itical  t o   n o te   th at  ac cu r ate  s eg m en tat io n   o f   th e   liv er   a n d   tu m o r s   p lay s   a  v ital  r o le  in   v o lu m etr ic  an aly s is   an d   tr ea t m en t  p lan n in g .   T r ad itio n ally ,   m an u al  an d   s em i - au to m ated   m et h o d s   wer e   ad o p ted   to   s eg m e n t  liv er   an d   tu m o r s .   T h ese  m eth o d s   wer e  f o u n d   to   b e   h ig h ly   lab o r - in ten s iv e  an d   to o k   a  s ig n if ic an t  am o u n t  o f   tim e.   I n   ad d it io n ,   th ese  m eth o d s   wer e  also   f o u n d   to   ex h ib it  s ig n if ican t  in tr a -   a n d   in te r - o b s er v er   v ar iab ilit y .   I n   th e  co n t ex t  o f   c o m p u ter - b ased   m eth o d s ,   in itial  m eth o d s   ad o p ted   t o   s eg m en t  m e d ical  i m ag es   wer e  f o u n d   t o   ex h i b it   s ig n ifican t  li m it ation s   in   h an d li n g   v ar ia b il it y   in   liv er   an d   tu m o r   s h a p es.  T h ese  lim itatio n s   h av e  led   to   a  g r ad u al  m o v e  f r o m   m ac h in e  lear n i n g - b ased   m eth o d s   to   d ee p   lear n in g - b ased   m eth o d 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.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 3 8 2 - 1 3 9 8   1384   2 . 1 .     E v a lua t io n  m e t rics   T h e  o b jectiv e  ass ess m en t  o f   th e  p er f o r m a n ce   o f   s eg m en ta tio n   is   ca r r ie d   o u t  t h r o u g h   s tan d ar d ized   q u an titativ e  m ea s u r es.  I n   th e   co n tex t  o f   m ed ical  im ag e  s eg m en tatio n   r esear ch ,   th e  m o s t  f r eq u en tly   u s ed   m ea s u r es  o f   e v alu atio n   o f   s eg m en tatio n   p e r f o r m an ce   h av e  b ee n :  d ice  s im ilar ity   c o ef f icie n t  ( DSC ) :  T h e  Dice   Similar ity   C o ef f icien t  m ea s u r es  th e  s p atial  o v er lap   b etwe en   th e  p r ed icted   s eg m e n tatio n   an d   th e  r ef er en ce   g r o u n d   tr u th ,   with   v alu es  b e twee n   0   an d   1 .   I n ter s ec tio n   o v er   u n io n   ( I o U) :  T h e  I n ter s ec tio n   o v e r   Un io n   m ea s u r es  th e  r atio   o f   t h e  in t er s ec tio n   an d   u n io n   o f   th e   p r ed icted   an d   r ef e r en ce   s eg m e n tatio n ,   p r o v id in g   a   d if f er en t  m ea s u r e  o f   v o l u m e tr ic  ag r ee m en t  b etwe en   th e  two .   Hau s d o r f f   d is tan ce   ( H D ) :  T h e   H a u s d o r f f   Dis tan ce   m ea s u r es  th e  m ax i m u m   d is tan ce   b etwe en   th e   b o u n d ar y   p o in ts   o f   th e   p r e d icted   an d   r ef e r en ce   co n to u r s .   T h ese  m ea s u r es p r o v id e  d if f e r en t v iews o f   t h e  q u a lity   o f   th e  s eg m e n tatio n   p e r f o r m an ce .     2 . 2 .     B enchm a r k   da t a s et s   Pro g r ess   in   liv er   an d   liv er   tu m o r   s eg m en tatio n   h as  b ee n   f ac ilit ated   b y   th e  av ailab ilit y   o f   p u b licly   ac ce s s ib le  b en ch m ar k   d atasets   with   ex p er t a n n o tatio n s .   C o m m o n ly   u s ed   d atasets   in   th is   d o m ain   in clu d e:   a.   L iv er   tu m o r   s eg m en tatio n   ch a llen g e  ( L iTS ):   A   wid ely   a d o p ted   d ataset  co m p r is in g   c o n tr a s t - en h an ce d   C T   s ca n s   with   an n o tatio n s   f o r   liv e r   an d   tu m o r   r eg io n s .   b.   3 DI R C ADb :   A  co llectio n   o f   h ig h - r eso lu tio n   3 D   C T   v o lu m es  with   m an u ally   s eg m e n ted   l iv er   an d   tu m o r   m ask s ,   in clu d in g   ca s es with   c o m p lex   a n d   m u ltifo ca l tu m o r s .   c.   C HAOS :   A  m u lti - m o d al  d ataset  th at  in clu d es  C T   an d   MRI  ( T 1 - DUAL   an d   T 2 - SP I R )   im ag es,  s u p p o r tin g   cr o s s - m o d ality   liv er   s eg m e n ta tio n   s tu d ies.   d.   SLI V E R 0 7   a n d   B T C V:   Ad d i ti o n al  C T - b ase d   d at asets   f r e q u e n tl y   u s e d   f o r   li v e r   s e g m e n t ati o n   b e n c h m a r k in g   an d   v ali d a ti o n .   e.   M e d i c a l   s e g m e n t at i o n   d e c at h l o n   ( M S D )   –   l i v e r   ta s k :   A   s u b s e t  o f   t h e   MS D   c h al l e n g e   p r o v i d in g   C T   v o l u m es  w i t h   l i v e r   a n d   t u m o r   a n n o t a t i o n s .   T h ese  d atasets   en ab le  co m p ar ativ e  an aly s is   o f   s eg m en ta tio n   ap p r o ac h es  u n d er   d i v er s e  im ag in g   co n d itio n s   an d   an ato m ical  v a r iatio n s .   I t  is   im p o r tan t  to   n o te  th at  r ep o r te d   r esu lts   ac r o s s   s tu d ies  ar e  o f ten   o b tain ed   u s in g   d if f er en t  ex p e r im en tal  p r o to c o ls ,   p r ep r o ce s s in g   s tr ateg ies,  an d   d ata  s p lits ,   wh ich   m ay   af f ec t  d ir ec t c o m p a r ab ilit y .       3.   T AXO NO M Y   O F   DE E P   L E ARNING - B ASE D  L I VE R  A ND  T U M O R  SE G M E NT A T I O N  M O DE L S   T h e  r ap id   e v o lu tio n   o f   d ee p   l ea r n in g   h as  r esu lted   in   a  d iv e r s e  r an g e  o f   ar ch itectu r es  f o r   liv er   an d   liv er   tu m o r   s eg m e n tatio n .   T o   p r o v id e  a  s tr u ctu r ed   o v er v iew  o f   th is   lan d s ca p e,   th is   r ev iew  o r g an izes   r ep r esen tativ e  ap p r o ac h es  in to   a  tax o n o m y   b ased   o n   t h eir   u n d e r ly in g   a r ch itectu r al   p r in cip les.  T h e   class if icatio n   r ef lects  b o th   c o n ce p tu al  d esig n   ch o ices  an d   h is to r ical  d ev elo p m en t  tr e n d s   with in   th e  f ield ,   r an g in g   f r o m   co n v en tio n al  co n v o lu tio n al  m o d els  to   m o r e   r ec en t  h y b r id   a n d   m u ltimo d al  s y s tem s .   T h e  m ain   ca teg o r ies  co n s id er ed   i n   th i s   r ev iew  ar e:  i )   C NN - b ased   m o d els,  ii )   atten tio n - e n h an ce d   C NN  m o d els,    iii )   h y b r id   C NN – t r an s f o r m e r   m o d els,  iv )   tr an s f o r m e r - o n ly   m o d els,  an d   v )   m u ltimo d al  an d   en s em b le  ap p r o ac h es.  Fig u r e  1   illu s tr ates a n   o v er v iew  o f   th e  p r o p o s ed   tax o n o m y .           Fig u r e  1 .   T a x o n o m y   o f   d ee p   l ea r n in g - b ased   m ed ical  im a g e  s eg m en tatio n   m o d els     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         Hyb r id   co n vo lu tio n a l n e u r a l  n etw o r k – tr a n s fo r mer m o d els f o r   …   ( I b r a h im  Mo h a med   A ttiy a )   1385   3 . 1 .     CNN - ba s ed  m o dels   C o n v o lu tio n al  n e u r al  n etwo r k s   ( C NN s )   f o r m   th e  b asis   o f   th e  d o m in an t  ap p r o ac h   to   m o d e r n   m ed ical   im ag e  s eg m en tatio n   task s .   T h eir   s u cc ess   is   attr ib u te d   t o   in d u ctiv e   b iases   ap p r o p r ia te  f o r   im ag e   d ata,   in clu d in g   tr a n s latio n   in v ar ian c e  an d   h ier ar c h ical  lo ca l f ea tu r e  lear n in g   u s in g   co n v o l u tio n   o p er atio n s .   Fo r   liv er   tu m o r   s eg m en tatio n ,   en c o d er - d ec o d e r   ar ch itectu r es  lik e  th e  p o p u lar   U - Net  an d   its   v ar ian ts   ar e  p o p u lar   ch o ices.  T h is   ap p r o ac h   in v o l v es  th e  im p lem e n tatio n   o f   a n   en co d er   t o   ca p t u r e  c o n tex t u al  f ea tu r es  a n d   a   co r r esp o n d in g   d ec o d e r   to   en s u r e  s p atial  d etails  ar e  m ain tain ed   d u r i n g   th e  p r o ce s s ,   a s   d escr ib ed   in   th e   liter atu r e.   R ep r esen tativ e  wo r k   an d   r atio n ale:  UNe t++   [ 2 ]   is   an   en h an ce d   v er s io n   o f   th e  tr ad itio n al  U - Net  ar ch itectu r e,   in   wh ich   n ested   an d   d en s e  s k ip   co n n ec tio n s   ar e  in co r p o r ated   to   im p r o v e  f ea t u r e  ag g r eg atio n   an d   g r ad ien t  f lo w.   T h is   ap p r o ac h   h as  s h o wn   p r o m is in g   r esu lts   in   liv er   tu m o r   s eg m en tatio n   u s in g   MRI  im ag es.  Ad d itio n ally ,   th e  u n if ied   C NN  f r am ewo r k   d escr ib ed   in   [ 3 ]   attem p ts   to   u n if y   b o th   class if icat io n   an d   s eg m en tatio n   in to   a  s in g le  f r am ewo r k   to   f ac ilit ate  d iag n o s tic  p r o ce s s es.  C NN - b ase d   ar ch itectu r es  ar e   r ec o g n ized   f o r   th ei r   co m p u t atio n al  ef f icien c y   an d   r elativ e  s im p licity   in   co m p ar is o n   to   o th er   m o d els.   Ho wev er ,   th e  lo ca lized   n atu r e  o f   co n v o lu tio n   o p er atio n s   in   C NNs  p r ev en ts   th em   f r o m   ca p tu r in g   s p atial  r elatio n s h ip s   b etwe en   f ea tu r e s ,   wh ich   m a y   b e  ess en tial  i n   tu m o r   s eg m en tatio n ,   p ar tic u lar ly   in   s ce n ar io s   in v o lv in g   s p atial  co n tex t.     3 . 2 .     At t ent io n - enha nced  CNN  m o dels   I n   o r d er   t o   o v er co m e   th e  lim itatio n   o f   C NNs  in   co n tex tu a l  m o d elin g ,   atten tio n   m ec h a n is m s   h av e  b ee n   in c o r p o r ated   to   allo w  th e  n etwo r k   to   s elec tiv ely   em p h asize  ce r tain   s p atial  lo ca tio n s   o r   f ea t u r e  ch an n els.  T h e  atten tio n   m ec h an is m s   ca n   b e   s p atial,   c h an n el - wis e,   o r   a  co m b in atio n   o f   b o th .   R ep r e s en tativ e  wo r k s   a n d   r atio n ale:  T h e  wo r k   o n   MA PF UNe t   [ 4 ]   u tili ze s   m u lti - atten tio n   p er ce p tio n   m o d u l es  with in   a  C NN   ar ch itectu r e  to   en h a n ce   th e  s en s itiv ity   o f   th e  n etwo r k   to   s m all  an d   lo w  co n tr ast  tu m o r s   with in   a  C T   im ag in g   en v ir o n m en t.  T h e  wo r k   o n   L A - R esUNet   [ 5 ]   u tili ze s   at ten tio n   g ates  with in   a  r esid u al  U - Net  ar ch itectu r e  to   allo w  th e  n etwo r k   to   s elec tiv ely   em p h asize  ce r tain   lo ca tio n s   with in   a   lo n g itu d in al   im ag in g   en v ir o n m e n t.  T h e  u s e  o f   C NNs  with   atten tio n   m ec h an is m s   h as  s h o wn   p r o m is in g   r esu lts   f o r   im p r o v in g   t h e  ac cu r ac y   o f   th e   n etwo r k   with in   ch allen g in g   en v ir o n m en ts ;  h o wev er ,   th e  ad d itio n   o f   th ese  m o d u les  to   th e  n etwo r k   ca n   in cr ea s e  th e  co m p le x ity   o f   th e   n etwo r k   a n d ,   c o n s eq u en tl y ,   th e  r is k   o f   o v er f itti n g .     3 . 3 .     T ra ns f o rm er - o nly   m o d els   Ho w ev er ,   i n   p u r el y   tr a n s f o r m er   m o d els,   as   s e en   in   im p l em en t ati o n s   i n s p ir e d   b y   v is i o n   t r an s f o r m e r   ( Vi T ) ,   co n v o l u ti o n al  o p e r a ti o n s   ar e  c o m p let el y   c ir cu m v e n t ed .   Se lf - a tte n ti o n   m e ch a n is m s   a r e  s ee n   as  t h e   m ai n   way   o f   in te r a cti o n   b et wee n   im ag e  p at c h es .   F o r   d e n s e  p r e d i ct io n   t ask s   s u c h   as   li v e r   s e g m en tati o n ,   m o d els   s u c h   as  Sw in - UN et   m ak e  u s e  o f   h i e r a r c h i ca l   s h i f te d   wi n d o w   a tte n tio n   m ec h a n is m s .    K ey   w o r k   a n d   r at io n ale :  P u r el y   tr a n s f o r m e r   m o d els  h a v e   s h o w n   r e m a r k a b le  p o t en tia l  i n   g l o b al   c o n te x t  u n d e r s ta n d i n g .   Ho we v e r ,   t h ei r   ap p li ca ti o n   i n   l iv e r   t u m o r   s eg m en tatio n   m o d els  o f te n   r em ai n s   h i n d e r e d   d u e   t o   t h e  r e q u i r e m e n t  o f   la r g e  d a tas ets   as  w ell   as  h i g h   c o m p u ta ti o n al   ex p e n s es.   As   s e en   i n   r ec e n t   lit er at u r e,   it   h as   b e en   s h o w n   th at   s u c h   m o d els   o f te n   r e m ai n   p l a g u e d   b y   c h a lle n g es  in   lo ca l   f in e - g r a in e d   d et ails   r e q u ir e d   t o   u n d e r s ta n d   t u m o r   b o u n d ar y   d ef i n iti o n s ,   a  p r o b l em   t h at   h y b r i d   m o d els   h o p e  to   o v er c o m e.     3 . 4 .     H y brid CNN – t ra ns f o r m er   mo dels   Hy b r id   ar ch itectu r es  u tili ze   th e  in d u ctiv e  b iases   o f   C NN s   f o r   lo ca l  f ea tu r e  ex tr ac tio n   an d   t h e  ab ilit y   o f   th e   tr an s f o r m er   to   ad d r ess   g lo b al  c o n tex tu al   d e p en d e n cies.  T h is   is   esp ec ially   r elev an t   f o r   liv er   tu m o r s   th a t   o f ten   d is p lay   ir r eg u lar   s h ap es  an d   lo w  co n tr ast  with   ad jace n t  tis s u es.  R ep r esen tativ e  W o r k s :  R esTr an s UNe t   [ 6 ]   co m b in es  th e  u s e  o f   r esid u als  with   g lo b al  s elf - atten tio n   f o r   th e  p r eser v atio n   o f   s p atia l  r eso lu tio n   an d   th e   ac q u is itio n   o f   wid e - r a n g e  c o n tex t  in f o r m atio n .   MM E FU - Net  [ 7 ]   also   e m p lo y s   th e  u s e  o f   m u lti - en co d er   f u s io n   f o r   f ea tu r e  r ep r esen tati o n .   C r itical  an aly s is : c o m p ar e d   with   C NN - b ased   ar ch itectu r es th at  d o   n o t  u tili ze   g lo b al  c o n tex t   in f o r m atio n   an d   tr an s f o r m er - b ased   a r ch itectu r es  th at  m a y   s ac r if ice   p r ec is e  i n f o r m atio n   l o ca lly ,   th e  u s e  o f   h y b r id   ar ch itectu r e s   p r o v id es  a  well - r o u n d ed   m e th o d o lo g y .   T h e  cu r r e n t  r ev ie w  aim s   to   co v er   th e  p er io d   f r o m   2 0 2 3 - 2 0 2 5 ,   d u r in g   wh ich   n ewe r   ar c h itectu r es  h av e  p r o p o s ed   th e  c o n ce p t  o f   “lig h tweig h t  h y b r id izatio n ”   f o r   th e  s ig n if ic an t c o m p u tatio n al  co s t a s s o ciate d   with   th e  u s e  o f   th is   m eth o d o lo g y .     3 . 5 .     M ult i m o da l  a nd   ens e m b le  met h o d o l o g ies   Mu l tim o d a l  o r   e n s e m b le  m e th o d o lo g i es  u s e  th e  b e n e f its   o f   d if f e r e n t  in f o r m a ti o n   s o u r c es  p r o v i d e d   b y   d i f f er e n t  im ag in g   m o d al iti es  o r   d i f f e r e n t  m o d els   t o   i n cr ea s e   t h e   r o b u s t n ess   o f   t h e  m o d el.   T h es e  m et h o d o lo g i es   ar e  s i m il ar   t o   t h e  a ct u a l  s c e n a r io ,   w h e r e i n   C T ,   MRI ,   o r   PE T   s ca n s   a r e   t ak e n   i n t o   c o n s id er at io n   s i m u lt an e o u s ly .   So m e   o f   t h e   r ep r es e n ta ti v e   wo r k s   wit h   j u s ti f i ca t io n :   T h e  e n s e m b le   m o d e l   t h at   c o m b i n es   R es UNe t  a n d   I n ce p t io n V 4 ,   as  d is cu s s e d   i n   r e f e r e n c e  [ 8 ] ,   s h o ws   h i g h e r   r o b u s t n ess   w it h   th e  c o m b i n a ti o n   o f   C T   an d   MRI   d at ase ts   d u e   t o   t h e   u ti liz ati o n   o f   d if f er en t  m o d els .   T h e   V - N E T - VG G1 6   m o d e l  d is c u s s ed   i n   r e f e r e n c e  [ 9 ]   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.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 3 8 2 - 1 3 9 8   1386   co m b i n es   t h e   p o we r   o f   class i f icat io n   a n d   s e g m e n ta ti o n   b y   c o m b i n i n g   V - Ne t  wit h   VG G1 6   a r c h i te ct u r e.   T h e   R FiLM   U - N et  m o d el  d is cu s s e d   i n   r e f e r e n ce   [ 1 0 ]   co m b i n es  h a n d c r a f t ed   r ad io m i c  f ea tu r es   wit h   d ee p   l ea r n i n g   m o d els.   E v e n   th o u g h   t h e   a b o v e  m o d els  s h o w  h i g h e r   r o b u s t n ess ,   t h e y   a r e  m o r e  co m p le x ,   r e q u i r e  m o r e  co m p u tati o n a l  r es o u r ce s ,   a n d   r eq u i r e   m o r e   d at a  to   b e   al ig n ed .   T h is   tax o n o m y   o f f er s   a  s tr u ct u r ed   f r am ewo r k   t h at  m a y   b e  u s ed   to   ca teg o r ize  a n d   co m p ar e   m o r e   th an   3 8   co n tem p o r ar y   m o d els  th at  ar e  p r esen ted   th r o u g h o u t  th e  co m p ar ativ e  s ec tio n s   th at  f o llo w.   T h e  tax o n o m y   r ep r esen ts   th e  o v er all  tr en d   with in   th e  f ield ,   m o v in g   f r o m   lo ca lized   f ea tu r e  lear n in g - b ased   m o d els  to war d   m o r e  u n if y in g   m o d els  th at  aim   to   in teg r ate  lo ca l  an d   g lo b al  in f o r m atio n .   T h is   tr en d   r e p r esen ts   th e  o v er all   tr en d   to war d   im p r o v in g   r o b u s tn ess   an d   s eg m en tatio n   ac c u r ac y ,   as  well  as  s ev er al  p r ac t ical  co n s id er atio n s   th at  ar e  im p o r tan t  with   r eg ar d   to   clin ical  ap p licab ilit y .   Fig u r e  1   p r esen ts   a  s tr u ctu r ed   tax o n o m y   o f   s o m e  o f   th e  m o r e  p r o m in e n t  d ee p   lea r n in g   m o d els  th at  ar e  cu r r e n tly   em p lo y ed   i n   th e  co n te x t  o f   m ed ical  im ag e   s eg m en tatio n ,   with   a   f o cu s   o n   th e  an aly s is   o f   im ag es  o f   th e   liv er   a n d   liv er   t u m o r s .   T h e   tax o n o m y   p r esen ts   th e   p r ev ailin g   a p p r o ac h es  with in   th e  f ield   as  o n e  o f   f o u r   m a in   ar ch itectu r al  p ar ad i g m s :  co n v o lu ti o n al  n e u r al   n etwo r k ,   h y b r i d   C NN - tr an s f o r m er ,  tr an s f o r m er ,   a n d   m u ltimo d al  en s em b le  m o d els.   T ab le  1   p r o v id es  a  s tr u ctu r ed   co m p ar ativ e  o v er v iew  o f   f i v e  wid ely   ad o p te d   ar ch itectu r al  p ar ad ig m s   in   d ee p   lear n in g - b ased   liv er   an d   tu m o r   s eg m en tatio n .   I t  s u m m ar izes  th eir   co r e  d esig n   p r in cip les,  r ep r esen tativ e  im p lem e n tatio n s ,   co m m o n ly   r ep o r te d   s tr en g th s ,   an d   ty p ical  lim itatio n s   as  d is cu s s ed   in   th e  liter atu r e.   T h e  co m p a r is o n   aim s   to   s u p p o r t  q u alitativ e  m o d el  u n d e r s tan d in g   an d   h ig h lig h t  g en e r al   ar ch itectu r al  tr en d s   r ath er   th a n   s tan d ar d ized   p er f o r m an ce   b e n ch m ar k i n g .       T ab le  1 .   C o m p a r ativ e  an aly s is   o f   d ee p   lear n in g   m o d el  ar ch et y p es f o r   liv e r   s eg m en tatio n   C a t e g o r y   C o r e   D e scr i p t i o n   Ex e m p l a r y   S t u d i e s   P r i n c i p a l   S t r e n g t h s   K e y   Li m i t a t i o n s   CNN - b a sed  mo d e ls   U t i l i z e   e n c o d e r - d e c o d e r   a r c h i t e c t u r e s   w i t h   c o n v o l u t i o n a l   l a y e r s fo r   h i e r a r c h i c a l   l o c a l   f e a t u r e   e x t r a c t i o n .   [ 2 ] ,  [ 3 ]   C o mpu t a t i o n a l   e f f i c i e n c y ,   p r o v e n   r e l i a b i l i t y ,   e a s y   p i p e l i n e   i n t e g r a t i o n .   L i m i t e d   r e c e p t i v e   f i e l d   h a m p e r s   l o n g - r a n g e   d e p e n d e n c y   mo d e l i n g ;   st r u g g l e s   w i t h   i r r e g u l a r   t u mo r   b o u n d a r i e s .   A t t e n t i o n - b a sed   mo d e l s   I n t e g r a t e   a t t e n t i o n   mo d u l e s  i n t o   C N N s t o   d y n a mi c a l l y   f o c u s   o n   sal i e n t   r e g i o n s  l i k e   t u m o r   m a r g i n s .   [ 1 ] ,  [ 4 ] ,  [ 5 ]   En h a n c e d   b o u n d a r y   d e l i n e a t i o n ,   b e t t e r   h a n d l i n g   o f   h e t e r o g e n e o u s   t e x t u r e s   a n d   s mal l   l e s i o n s.   I n t r o d u c e s   m o d e r a t e   c o mpu t a t i o n a l   o v e r h e a d ;   r e q u i r e s   c a r e f u l   a r c h i t e c t u r a l   d e si g n .   Hy b r i d   C N N – t r a n sf o r m e r   mo d e l s   F u se  C N N   e n c o d e r s  ( l o c a l   f e a t u r e s)   w i t h   t r a n sf o r mer  m o d u l e s   ( g l o b a l   c o n t e x t )   f o r   c o m p l e me n t a r y   mo d e l i n g .   [ 6 ] ,   [ 7 ] ,  [ 1 1 ] ,   S u p e r i o r   a c c u r a c y ;   c a p t u r e s   b o t h   l o c a l   d e t a i l s a n d   g l o b a l   a n a t o mi c a l   c o n t e x t ;   st a t e - of - t h e - a r t   p e r f o r m a n c e .   Hi g h   c o mpu t a t i o n a l / m e m o r y   d e ma n d s ;   c o m p l e x   t r a i n i n g ;   l o n g e r   i n f e r e n c e   t i m e s.   T r a n sf o r me r - o n l y   mo d e l s   R e l y   e x c l u s i v e l y   o n   sel f - a t t e n t i o n   t o   m o d e l   g l o b a l   d e p e n d e n c i e s  w i t h o u t   c o n v o l u t i o n a l   b i a s.   [ 1 1 ]   E x c e p t i o n a l   g l o b a l   c o n t e x t   i n t e g r a t i o n ;   p r o m i si n g   f o u n d a t i o n a l   a c c u r a c y .   E x t r e m e l y   d a t a - h u n g r y ;   h i g h e s t   c o m p u t a t i o n a l   c o s t ;   l e ss   e x p l o r e d   f o r   3 D   me d i c a l   se g me n t a t i o n .   M u l t i - m o d a l   a n d   e n s e mbl e   mo d e l s   C o m b i n e   m u l t i p l e   i ma g i n g   m o d a l i t i e s  o r   a g g r e g a t e   p r e d i c t i o n s  f r o m se v e r a l   m o d e l s t o   i mp r o v e   r o b u st n e ss.   [ 9 ] ,   [ 1 2 ] ,  [ 1 3 ]   I n c r e a se d   r o b u st n e ss / g e n e r a l i z a t i o n ;   l e v e r a g e s   c o mp l e me n t a r y   i n f o r mat i o n   f r o m  d i f f e r e n t   s o u r c e s.   H i g h   s y st e m  c o m p l e x i t y ;   d e p e n d e n t   on   co - r e g i st e r e d   m u l t i - m o d a l   d a t a ;   r e so u r c e - i n t e n si v e   t r a i n i n g .       4.   M E T H O DO L O G Y   F O R  L I T E R AT U RE   S E ARCH   AN D  ANALY SI S   T h is   s y s tem atic  r ev iew  f o llo ws  th e  p r ef e r r ed   r ep o r tin g   it em s   f o r   s y s tem atic  r ev iews  an d   m eta - an aly s es  ( PR I SM A  2 0 2 0 )   g u i d elin es.  T h e  s ea r ch   was  co n d u cted   ac r o s s   f o u r   m ajo r   d atab ases :  I E E E   Xp lo r e,   Pu b Me d ,   Scien ce Dir ec t,  an d   Go o g le  Sch o lar .   T h e  s ea r ch   s tr in g s   u s ed   wer e:  ( ' Hy b r id   C NN'   OR   ' T r an s f o r m er ' )   AND  ( ' L iv er   t u m o r '   OR   ' Hep ato ce llu lar   C a r cin o m a' )   AND  ' Seg m en tatio n ' .   T h e  f in al  s ea r ch   was u p d ated   o n   [ wr ite  d ate ,   J a n u ar y   1 5 ,   2 0 2 6 ] .     4 . 1 .     Sea rc h St ra t eg y   A  c o m p r e h e n s i v e   li te r at u r e   s ea r c h   was  p e r f o r m e d   i n   th e  f o ll o wi n g   e le ctr o n i c  d at a b ases :   Pu b Me d / ME D L I NE ,   I E E E   X p l o r e,   Sc o p u s ,   W e b   o f   Sc ie n ce ,   S p r in g er L i n k ,   a n d   t h e   A C M  Di g it al  L i b r a r y .   Ad d it io n a ll y ,   p r ep r i n t   s e r v er s   ( a r Xi v   a n d   b io R x i v )   w er e  s ea r c h e d   to   c ap tu r e   r ec e n tl y   p u b l is h e d   r esea r ch   n o t   y et   in d ex e d   in   tr a d iti o n a l   d a tab ases .   T h e   last   s ea r c h   w as   c o n d u ct ed   o n   J an   1 5 ,   2 0 2 6 .   T h e   s ea r ch   q u e r y   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         Hyb r id   co n vo lu tio n a l n e u r a l  n etw o r k – tr a n s fo r mer m o d els f o r   …   ( I b r a h im  Mo h a med   A ttiy a )   1387   co m b i n e d   k e y w o r d s   r elate d   to   i )   li v e r   t u m o r   s eg m e n t ati o n ,   ii )   d ee p   lea r n i n g ,   iii )   c o n v o l u t io n a l  n e u r al   n et wo r k s ,   iv )  t r a n s f o r m e r s ,   a n d   v )   h y b r i d   m o d els .   B o o lea n   o p e r at o r s   an d   f iel d   ta g s   we r e   a d a p t ed   f o r   ea ch   d at a b ase .   T h e   e x a ct   s e ar ch   s t r i n g s   u s e d   we r e   as   s h o wn   i n   T a b le   2 .       T a b le   2 .   E x ac t   s e ar ch   s t r i n g s   u s ed   a cr o s s   v ar io u s   el ec tr o n ic   d ata b as es   D a t a b a s e   Sea r c h   Qu e r y   P u b M e d   ( “ l i v e r   t u mo r ” [ Ti t l e / A b s t r a c t ]   O R   “ h e p a t i c   t u m o r ” [ T i t l e / A b st r a c t ]   OR   “ h e p a t o c e l l u l a r   c a r c i n o ma ” [ Ti t l e / A b st r a c t ] )   A N D   ( “ seg m e n t a t i o n ” [ T i t l e / A b st r a c t ]   O R   “ d e l i n e a t i o n ” [ Ti t l e / A b st r a c t ] )   A N D   ( “ d e e p   l e a r n i n g ” [ Ti t l e / A b st r a c t ]   O R   “ 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 ” [ Ti t l e / A b st r a c t ]   O R   “ C N N ” [ T i t l e / A b st r a c t ]   O R   “ t r a n sf o r mer ” [ Ti t l e / A b s t r a c t ]   O R   “ h y b r i d ” [ Ti t l e / A b st r a c t ] )   A N D   ( “ 2 0 2 3 ” [ D a t e   -   P u b l i c a t i o n ]   :   “ 2 0 2 5 ” [ D a t e   -   Pu b l i c a t i o n ] )   I EEE  X p l o r e   ((( “ l i v e r   t u m o r ”   O R   “ h e p a t i c   t u mo r ”   O R   “ h e p a t o c e l l u l a r   c a r c i n o ma ” )   A N D   ( seg m e n t a t i o n   O R   d e l i n e a t i o n ) )   A N D   (( “ d e e p   l e a r n i n g ”   O R   “ n e u r a l   n e t w o r k ”   O R   “ C NN ”   O R   “ t r a n sf o r mer ”   O R   “ h y b r i d ” ) ) )   AN D ( 2 0 2 3 - 2 0 2 5 )   S c o p u s   TI TLE - A B S - K EY   ( ( “ l i v e r   t u mo r ”   O R   “ h e p a t i c   t u m o r ”   O R   “ h e p a t o c e l l u l a r   c a r c i n o m a ” )   AN D ( se g m e n t a t i o n   OR   d e l i n e a t i o n )   A N D   ( “ d e e p   l e a r n i n g ”   O R   C N N   O R   t r a n sf o r me r   O R   h y b r i d ) )   AN D PUB YEAR   >   2 0 2 2   AN D  P U BY EA R  <  2 0 2 6   W e b   o f   S c i e n c e   TS=( ( ( “ l i v e r   t u mo r ”   O R   “ h e p a t i c   t u m o r ”   O R   “ h e p a t o c e l l u l a r   c a r c i n o ma ” )   A N D   ( seg me n t a t i o n   O R   d e l i n e a t i o n ) )   A N D   ( ( “ d e e p   l e a r n i n g ”   O R   “ n e u r a l   n e t w o r k ”   O R   “ C NN ”   O R   “ t r a n sf o r mer ”   O R   “ h y b r i d ” ) ) )   AN D PY= ( 2 0 2 3 - 2 0 2 5 )   a r X i v / b i o R x i v   ( l i v e r   t u m o r   se g m e n t a t i o n )   A N D   ( d e e p   l e a r n i n g   O R   t r a n sf o r m e r   O R   h y b r i d )       4 . 2 .     I nclus io n  a nd   ex clu s io n  cr it er ia   Stu d i es w er e  in cl u d e d   if   t h e y   m et   t h e   f o ll o wi n g   cr i te r i a:   a.   I n cl u s i o n   cr ite r i a :   ˗   Or i g i n a l  r ese ar ch   a r ti cles  f o c u s in g   o n   s e g m en tat io n   o f   t h e  li v e r   a n d / o r   li v e r   t u m o r s   u s i n g   d e ep   le ar n i n g   tec h n i q u es.   ˗   Stu d i es  i n t r o d u ci n g   n o v el   h y b r i d   C NN - t r a n s f o r m e r   ar c h itec tu r es   o r   s u b s ta n t ial   m o d i f ic ati o n s   t o   ex is ti n g   o n es ,   o r   h i g h l y   r e le v a n t   C NN - b ase d   o r   att e n ti o n - b as ed   m o d e ls   f o r   c o m p ar ati v e   a n a ly s is .   ˗   Pu b li ca ti o n s   r e p o r t in g   q u a n ti tati v e   s eg m e n t ati o n   p e r f o r m an ce   u s i n g   s ta n d a r d   m e tr ics   ( e . g . ,   Dic e   s im il ar it y   co e f f ici en t ,   I o U ,   Ha u s d o r f f   d is ta n ce ).   ˗   Arti cl es   p u b l is h e d   i n   p ee r - r e v i ewe d   j o u r n als   o r   co n f e r e n c e  p r o ce ed in g s   b etw ee n   J an u ar y   1 ,  2 0 2 3 ,  a n d   Dec em b e r   3 1 ,   2 0 2 5 .   Hi g h - q u alit y   p r e p r i n ts   f r o m   t h is   p er io d   w er e  a ls o   c o n s i d e r e d   i f   th e y   p r ese n t ed   m at u r e   w o r k .   ˗   Stu d i es w r i tte n   i n   E n g l is h .   b.   E x cl u s i o n   c r i te r ia :   ˗   Stu d i es  n o t  f o c u s e d   o n   t h e   li v e r   ( e . g . ,   b r a in ,   lu n g ,   k i d n e y ,   o r   o t h e r   o r g a n   s e g m en tati o n ) .   ˗   R ev i ew   a r ti cles ,   m e ta - a n a ly s es ,   s u r v ey s ,   o r   e d it o r ia ls   th at   d id   n o t  in tr o d u ce   n ew   m o d e l  co n t r ib u ti o n s .   ˗   Pap er s   l ac k i n g   s u f f ici en t  tec h n ic al   d et ail   o r   c lea r   e x p e r i m e n ta l  v ali d at io n   ( e . g . ,   a b s tr a c ts   o n l y ,   s h o r t   p a p e r s ) .   ˗   Du p li ca t e  p u b li ca t io n s   o r   ea r l i er   v e r s i o n s   o f   t h e   s a m e   s t u d y .   ˗   Stu d i es  n o t  u s i n g   d ee p   le ar n i n g   as  th e  c o r e  m et h o d o lo g y .   .   4 . 3 .     Study   s elec t io n pro ce s s   T h e  s tu d y   s elec tio n   p r o ce s s   f o llo wed   th e  PR I SMA  g u id eli n es,  as  illu s tr ated   in   th e  f l o w  d iag r am   in   Fig u r e  2 .   T wo   r ev iewe r s   ( I MA   an d   MT )   in d e p en d e n tly   s cr ee n ed   th e  titl es  an d   ab s tr ac ts   o f   all  r etr iev ed   r ec o r d s .   Fu ll - tex t  ar ticles  o f   p o ten tially   r elev an t  s tu d ies  wer e  th en   r etr iev ed   an d   as s ess ed   ag ain s t  th e  elig ib ilit y   cr iter ia.   An y   d is ag r ee m en ts   d u r in g   t h e  s elec tio n   p r o ce s s   wer e  r eso lv ed   th r o u g h   d is cu s s io n   o r   co n s u ltatio n   with   a  th ir d   r ev ie wer   ( MRK) .   T h e  r ea s o n s   f o r   e x clu s io n   at  th e  f u ll - tex t stag e  wer e  d o cu m e n ted .   As  s h o wn   in   Fig u r e   2 ,   t h e   d iag r am   illu s tr ates  s y s tem atic   id en tific atio n ,   s cr ee n in g ,   elig ib ilit y   ass es s m en t,  an d   in clu s io n   o f   s tu d ies.  A  to tal  o f   8 5 0   r ec o r d s   wer e  id en tifie d   th r o u g h   d ata b ase  s ea r ch in g .   Af ter   r em o v in g   d u p licates,  6 2 0   r ec o r d s   wer e  s cr ee n e d   b ased   o n   titl es  an d   ab s tr ac ts ,   lead in g   to   th e  ex clu s io n   o f     5 0 0   r ec o r d s .   T h e  r em ain in g   1 2 0   f u ll - tex t  a r ticles  wer e  ass es s ed   f o r   elig ib ilit y ,   o f   wh ich   5 7   wer e  ex clu d e d   f o r   r ea s o n s   s u ch   as  u n s u itab le  s t u d y   d esig n ,   p o p u latio n ,   o r   f ailu r e  to   m ee t  in clu s io n   cr iter ia.   C o n s eq u en tly ,     3 8   s tu d ies  wer e  in clu d e d   in   th e  f in al  q u alitativ e  an d   q u a n titativ e  s y n th esis .   No   ad d itio n al  r ec o r d s   wer e   id en tifie d   f r o m   o th e r   s o u r ce s .     4 . 4 .     Da t a   ex t r a ct io n a nd   s y nthesis   Fo r   ea ch   of   th e  s elec ted   s tu d ie s ,   th e  f o llo win g   d ata  wer e  ex tr ac ted   in to   a  s tan d ar d ized   tem p late:   a.   B ib lio m etr ic  in f o r m atio n :   a u th o r s ,   y ea r ,   j o u r n al/c o n f er e n ce .   b.   Mo d el  ar ch itectu r e:   m o d e l  n a m e ,   a r c h itec tu r a l   f am ily   ( e . g . ,   C NN - b ased ,   atten tio n - en h an ce d ,   h y b r id   C NN - tran s f o r m er ,  tra n s f o r m e r - o n ly ,  m u lt imo d al/en s em b l e) ,  an d   co r e  tech n ical  co m p o n e n ts   ( e. g . ,  atten tio n   g ates,  tr an s f o r m er   b l o ck s ,   f u s io n   s tr ateg ies).   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.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 3 8 2 - 1 3 9 8   1388   c.   E x p er im en tal  s etu p :   b e n ch m a r k   d ataset ( s )   em p lo y e d   ( e. g . ,   L iTS,   3 DI R C ADb ,   C HAO S),   d ata  s p lits ,   p r ep r o ce s s in g   d etails,  an d   v ali d atio n   s tr ateg y   ( e . g . ,   c r o s s - v al id atio n ,   f ix e d   s p lit).   d.   Per f o r m an ce   m et r ics:   r ep o r te d   q u an titativ e  r esu lts ,   s p ec if ically   Dice   s co r es  f o r   liv er   an d   tu m o r   s eg m en tatio n ,   in ter s ec tio n   o v e r   u n io n   ( I o U) ,   an d   Hau s d o r f f   d is tan ce   ( HD9 5 )   wh er e   av aila b le.   e.   C o m p u tatio n al  p r o f ile:   r ep o r te d   in f o r m atio n   o n   m o d el  co m p l ex ity   ( n u m b er   o f   p a r am eter s ) ,   tr ain in g   r eq u ir em e n ts ,   an d   in f er en ce   s p ee d ,   if   av ailab le.   f.   Key   f in d in g s   an d   lim itatio n s :   s tr en g th s   o f   th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h ,   claim ed   clin ical  r elev an ce ,   an d   lim itatio n s   n o ted   b y   t h e  au th o r s .           Fig u r e  2 .   PR I SMA  2 0 2 0   f lo w  d iag r am   o f   th e  s tu d y   s elec tio n   p r o ce s s       4 . 5 .     Ana ly t ica l  a pp ro a ch   T h e  ex tr ac te d   d ata   wer e   a n aly ze d   q u alitativ ely   alo n g   f o u r   p r im ar y   d i m en s io n s ,   alig n in g   with   th e   tax o n o m y   p r o p o s ed   i n   Sectio n   3 :   a.   Ar ch itectu r al  d esig n   an d   in n o v atio n :   ass ess in g   th e  n o v elty   o f   ar ch itectu r al  in te g r atio n   s tr at eg ies.   b.   R ep o r ted   s eg m en tatio n   p er f o r m an ce :   a  co m p a r ativ e  d is cu s s io n   o f   r esu lts   as   p r esen ted   in   th e  o r ig in al  s tu d ies,  with   ca r ef u l c o n s id er a tio n   o f   th e   h eter o g en eity   in   ex p er im en tal  s ettin g s .   c.   C o m p u tatio n al  ef f icien cy   a n d   co m p lex ity :   an aly zi n g   th e   tr ad e - o f f   b etwe en   ac cu r ac y   an d   r eso u r ce   r eq u ir em e n ts .   d.   C lin ical  tr an s latio n   p o ten tial:   ev alu atin g   asp ec ts   s u ch   as  r o b u s tn ess ,   g en er aliza b ilit y ,   an d   alig n m en t  with   clin ical  wo r k f lo ws.   “ N o   n ew ex p erimen ts   w ere  co n d u cted ;   a ll res u lts   a r e  r ep o r t ed   a s   s ta ted   in   th e  o r ig in a l p u b lica tio n s . ”       5.   RE L AT E D   WO RK   Pre cise  an d   au to m atic  m ed i ca l  im ag e  s eg m en tatio n   h as   tr ad itio n ally   b ee n   at   th e  e p icen ter   o f   co m p u tatio n al   h ep at o lo g y ,   f u eled   b y   th e  m ed ical  n ee d   f o r   th e  ea r ly   d etec tio n   an d   d iag n o s is   o f   liv er   ca n ce r .   C o n v o lu tio n al   n eu r al  n etwo r k s   h av e   laid   th e  f o u n d atio n   f o r   t h e  cu r r en t   er a   o f   au to m atic  m ed ical  im ag e   s eg m en tatio n   th r o u g h   t h e  ab il ity   o f   d ee p   lear n in g   m o d els  t o   lear n   h ier ar c h ical  f ea tu r es  a n d   s h o w   im p r o v ed   p er f o r m an ce   o v er   co n v en tio n al  ap p r o ac h es.  T h e   ev o lu tio n   o f   m ed ical  im ag e  s eg m e n tatio n   h as  f o ll o wed   th e   tr ajec to r y   o f   s u cc ess iv e  im p r o v em en ts   in   ar c h itectu r es,  in clu d in g   th e   ad d itio n   o f   atten t io n   m ec h a n is m s   to   f o cu s   th e   m o d el' s   atten tio n   o n   im p o r tan t   r eg io n s   o f   th e   i m ag e,   s u c h   as  t h e  tu m o r   b o u n d ar ies,  tr a n s f o r m er   ar ch itectu r es  f o r   th e   m o d elin g   o f   lo n g - r a n g e  d e p en d e n cie s ,   an d   th e  u s e  o f   h y b r id   m o d els  co m b in in g   t h e   ad v an tag es  o f   C NNs  an d   tr an s f o r m er s .   Pre v io u s   r ev iew   ar ticles  h av e  p r esen ted   a  r ev iew  o f   th e  latest   d ev elo p m e n ts   in   m ed ical  im ag e  s eg m en tatio n ,   in cl u d in g   th o s e  u s ed   in   th e  co n tex t  o f   ab d o m in al  o r   liv er   im ag in g .   T h e  r ev iew  ar ticles  o f f er   im p o r tan t  in s ig h ts   in to   t h e  ar ch itectu r es,  d atasets ,   an d   ev alu atio n   m etr ics   u s ed   in   th e  m o d els.  Ho wev er ,   th e  r ev iew  o f   th e  liter atu r e  also   r ev ea ls   a  lim itatio n   in   th e  f o r m   o f   th e  ab s en c e   o f   a  co m p ar ativ e  d is cu s s io n   o f   th e  r esu lts   o f   th e  m o d els  an d   th e   lack   o f   a  r e v iew  o f   th e  latest  h y b r i d   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         Hyb r id   co n vo lu tio n a l n e u r a l  n etw o r k – tr a n s fo r mer m o d els f o r   …   ( I b r a h im  Mo h a med   A ttiy a )   1389   ar ch itectu r es,  in clu d in g   th o s e  p r o p o s ed   f r o m   2 0 2 3   t o   2 0 2 5 .   T h is   s u r v e y   p r o v i d es  an   an al y tical  o v er v iew  o f   th e  ex is tin g   3 8   liv er - r elate d   s tu d ies  f r o m   t h e  y ea r s   2 0 2 3 - 2 0 2 5 ,   as  lis ted   i n   T a b le   3   ( ap p en d ix ) .   T h e  co m p ar ativ e  in s ig h ts   f r o m   th e  ex is tin g   liter atu r e  will  h elp   id en tify   th e  o v er all  tr en d   o f   th e  ev o l u tio n   o f   ar ch itectu r es  in   th e  f ield   o f   liv er   s eg m en tatio n   task s .   T h e  h y b r id   ar c h itectu r es  o f   C NN  an d   tr an s f o r m er   m o d els,  s u ch   as  th e   R esTr an s UNe t  [ 1 3 ] ,   an d   m u ltimo d al   ar ch itectu r es,  s u ch   as  th e   R esU Net - I n ce p tio n V4   [ 8 ] ,  h av e  s h o wn   g o o d   r esu lts   in   a ch iev in g   h ig h   Dice   s co r es  with   in cr ea s ed   c o m p u tatio n al  r e q u ir em en ts .   On   th e   o th er   h an d ,   lig h tweig h t  ar c h itectu r es  o f   C NN  m o d els,  s u ch   as  th e  UNe t7 0   [ 1 4 ]   an d   L iv er Net  [ 1 5 ] ,   a r e   im p o r tan t   f o r   th e   d e p lo y m e n t  o f   th e   m o d els  in   a  clin ical   en v ir o n m en t,   co n s id er in g   th e   r ed u ce d   c o m p u tatio n al   r eq u ir em e n ts .   T h e  r em o v al   o f   n o n - liv er - r elate d   s tu d ies  wi ll  h elp   r ea d er s   f o c u s   m o r e   o n   th e  c h allen g es  o f   liv er - r elate d   task s   an d   th e   o v e r all  r eq u ir em e n ts   o f   th e  m o d el   f o r   r o b u s t r esu lts .   T h is   s y n th esis   o f   th e  ex is tin g   liter atu r e  will  h elp   r ea d er s   g et  a  co m p r eh e n s iv e  o v er v i ew  o f   th e   o v er all  tr e n d   o f   th e   ev o lu tio n   o f   th e   m o d els  a n d   th e   ch ar a cter is tics   o f   th e  m o d els  u s ed   f o r   t h e  liv e r   tu m o r   s eg m en tatio n   task .   T ab le   3   p r o v id es  a   co m p ar ativ e   o v er v ie w  o f   3 8   r e p r esen tativ e  d ee p   l ea r n in g   m o d els  f o r   liv er   an d   liv er   tu m o r   s eg m e n t atio n .   T h e   r ep o r ted   Dice   s co r e s   ( liv er /tu m o r )   an d   k ey   s tr en g t h s   an d   wea k n ess es   ar e  s u m m ar ized   as  p r esen ted   in   th e  o r ig in al  s tu d ies.  I t  is   im p o r tan t  to   n o te  th at  th ese  r esu lts   ar e  b ased   o n   r ep o r ted   p e r f o r m an ce   in   t h e  li ter atu r e  a n d   we r e  o b tain ed   u n d er   h eter o g e n eo u s   ex p er im en t al  co n d itio n s .   T h is   o v er v iew  is   in ten d e d   to   h i g h li g h t  g en e r al  tr en d s ,   ar ch itectu r al  ch ar ac ter is tics ,   an d   p r ac tica l  co n s id er atio n s   f o r   m o d el  s elec tio n ,   r ath e r   th an   to   s er v e  as a   s tan d ar d ized   b en ch m ar k in g   o f   m o d els.   As  s h o wn   in   T ab le  4 ,   a  r ig o r o u s   q u ality   ass ess m en t  wa s   p er f o r m ed   f o r   all  3 7   in cl u d ed   s tu d ies  b ased   o n   f i v e  k ey   c r iter ia.   T h e  r esu l ts   in d icate   th at  1 0 0 %  o f   th e  s elec ted   p ap e r s   p r o v id ed   a   clea r   d ef i n itio n   o f   t h e   s eg m en tatio n   task   an d   u s ed   s tan d ar d ized   ev al u atio n   m etr ic s   s u ch   as  th e  d ice  s im ilar ity   co ef f icien t  ( DSC ) .   W h ile  th e  m ajo r ity   o f   s tu d ies  ( 9 2 %)  o f f er ed   co m p r eh e n s iv e  d ataset  d escr ip tio n s ,   ab o u t  6 3 %  p r o v i d ed   a n   in - d ep th   d is cu s s io n   r eg ar d in g   c o m p u tatio n al  co m p lex ity   an d   r eso u r ce   r eq u i r em en ts .   Ov er all ,   th e  h ig h   a d h er e n ce   to   th ese  q u ality   m ar k er s   en s u r es th e  r eliab ilit y   o f   th e  c o m p ar ativ e  an aly s is   p r esen ted   in   th is   r ev iew. ”       T ab le  4 .   Qu ality   ass ess m en t o f   in clu d ed   s tu d ies   Q u a l i t y   C r i t e r i a   Nu mb e r   o f   St u d i e s   ( N= 3 7 )     P e r c e n t a g e   ( %)   Cl e ar   o b j e ct i v e  a n d  sc o p e   37   1 0 0 %   C o m p r e h e n si v e   d a t a se t   d e s c r i p t i o n   34   9 2 %   C l e a r l y   d e f i n e d   e v a l u a t i o n   m e t r i c s (D i c e / I o U )   37   1 0 0 %   S p e c i f i e d   v a l i d a t i o n   m e t h o d   ( e . g . ,   k - f o l d )   33   8 9 %   D i scu ssi o n   o f   c o mp u t a t i o n a l   c o mp l e x i t y   23   6 2 %       6.   ANALY SI S   O F   CO M P ARA T I V E   RE SU L T S A ND  E M E RG I NG   T R E NDS   T h e  o v er v iew   in   T a b le  3   en ab les  an   o r g an ized   d is cu s s io n   o f   r ep o r ted   p er f o r m a n ce   tr en d s ,   ar ch itectu r al  f ea tu r es,  a n d   im p lem en tatio n   tr ad e - o f f s   am o n g   3 8   m o d er n   m o d els  f o r   liv e r   an d   liv er   tu m o r   s eg m en tatio n .   I n s tead   o f   co m p ar in g   m o d els  in   ter m s   o f   r an k ,   th is   s ec tio n   will  s y n th esize  liter atu r e  to   p o in t   o u t tr en d s   r ele v an t to   b o th   r esear ch   an d   clin ical  in ter ests .     6 . 1 .     P er f o r m a nce – a cc ura c y   t ra de - o f f s   A  co m m o n   th em e  in   all  th e  p a p er s   ex am in ed   h er e  h as  b ee n   th is   b alan ce   b etwe en   h o w  well  a  m eth o d   p er f o r m s   in   ter m s   o f   ac c u r a cy ,   an d   h o w  c o m p u tatio n all y   ex p en s iv e  it   is .   Hy b r id   a r ch itectu r es  s u ch   as   R esTr an s UNe t  [ 1 3 ] ,   wh ich   a r e  a  c o m b in atio n   o f   C NNs  a n d   tr a n s f o r m er s ,   an d   en s em b le  m eth o d s   s u ch   as   R esUNe t - I n ce p tio n V4   [ 8 ] ,   wh ich   ar e  c o m b in atio n s   o f   two   o r   m o r e   ar c h itectu r es,  ac h iev e   h ig h   v alu es  o f   th e   Dice   s co r e.   Ho wev er ,   th ey   ar e   co m p u tatio n ally   ex p en s iv e,   r eq u ir in g   a  lo t  o f   m em o r y   o n   t h e  GPU  an d   l o n g er   tr ain in g   tim es.    C o n v er s ely ,   s m aller   C NNs  s u ch   as  UNe t7 0   [ 1 4 ]   a n d   L iv er Net  [ 1 5 ] ,   wh ich   ar e  d esig n ed   f o r   f aster   in f er en ce   an d   lo wer   r e s o u r ce   u s ag e,   ar e   im p o r tan t  f o r   p r ac tical  d ep l o y m en t,   esp e cially   in   s itu atio n s   wh er e  tim e  is   o f   th e  ess en ce ,   s u ch   as in   a  clin ical  s ettin g .     6 . 2 .     Arc hite ct ura l  e v o lutio n  a nd   inn o v a t io n   T h e  tax o n o m y   a n d   c o m p ar ativ e  o b s er v atio n s   r e v ea l a   clea r   a r ch itectu r al  p r o g r ess io n :   a.   Fro m   th e  lo ca l  d etails  to   th e  g lo b al  co n tex t:  th e  f ield   is   m o v in g   b ey o n d   p lain   C NNs  an d   i n to   th e  r ea lm   o f   atten tio n - r ich   an d   h y b r id   ar c h itectu r es.  T h e   tar g et   is   to   e x ten d   th e   lim ited   v iew  o f   th e   co n v o lu tio n al  f ilter ,   esp ec ially   in   th e  p r esen ce   o f   t u m o r s   with   ir r eg u lar   s h ap es a n d   v ar ie d   ap p ea r an ce s .   b.   Am o n g   th e  n ew  tr e n d s ,   th e   u s e  o f   Hy b r id   Ar c h itectu r e s    is   p r o m in en t,  esp ec ially   C NN - tr an s f o r m er   h y b r id s ,   wh ich   a r e  g ain in g   m o r e  an d   m o r e  p o p u lar ity   d u e   to   th e  p o ten tial  o f   t h e  co m b in atio n   o f   p r ec is e  lo ca l  f ea tu r e  ex tr ac tio n   an d   t h e  g lo b al  co n te x t.  T h e  p o p u l ar ity   o f   C NN - tr an s f o r m er   h y b r id s   in   th e  b est - p er f o r m in g   m o d els in   th e  r ec e n t y ea r s   s p ea k s   f o r   its elf .   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.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 3 8 2 - 1 3 9 8   1390   c.   T h er e  is   a  g r o win g   tr e n d   in   th e  u s e  o f   Mu lti - m o d al  an d   T ask - Awa r e    ar ch itectu r es,  esp ec i ally   in   th e  f u s io n   o f   d if f er en t   d ata  s o u r ce s   ( ME FNet  f o r   PET /C T )   an d   th e   co m b in atio n   o f   th e  s eg m e n tatio n   task   with   o th er   clin ical  o b jectiv es,  s u ch   as su r v iv al  an aly s is   ( R E C I STSu r v ) .     6 . 3 .     M o da lity - s pecif ic  o bs er v a t io ns   a nd   clinica l r elev a nce   Mo d ality - s p ec if ic  o b s er v atio n s   an d   clin ical  r elev an ce   u s ed   i n clu d e :   a.   CT - ce n tr ic  d ev elo p m en t :   C o m p u ted   to m o g r a p h y   r em ain s   th e  d o m i n an t  im ag in g   m o d ality ,   with   th e   m ajo r ity   o f   r e v iewe d   m o d els  d ev elo p ed   a n d   e v alu ated   o n   C T   d atasets .   T h is   r ef lects  C T ’ s   wid esp r ea d   clin ical  av ailab ilit y   an d   ce n tr a l r o le  in   liv er   ca n ce r   m a n ag em en t.   b.   MRI  an d   alter n ati v e  m o d al ities :   MRI - b ased   ap p r o ac h e s   s u ch   as  UGCMANe t  [ 2 4 ]   d e m o n s tr ate  co m p etitiv e  r ep o r ted   p er f o r m an ce   b y   ex p l o itin g   m u lti - co n tr ast  o r   d y n am ic  s eq u en ce s .   Mo d els  tar g etin g   u ltra s o u n d   [ 2 8 ]   an d   PET /C T   [ 3 0 ]   ad d r ess   s p ec if ic  clin ica l  n ich es,  alth o u g h   th ey   o f te n   f ac e  m o d ality - s p ec if ic  ch allen g es a f f ec tin g   s eg m en tatio n   c o n s is ten cy .   c.   W o r k f lo w - o r ien te d   m o d elin g :   Sev er al  s tu d ies  ex p licitly   al ig n   m o d el  d esig n   with   clin ical  wo r k f lo ws,  in clu d in g   C o n v NeX t - 2 U  [ 7 ]   f o r   Y - 9 0   r a d io em b o lizatio n   p la n n in g   an d   L A - R esUNet  [ 2 0 ]   f o r   lo n g itu d in al   tu m o r   m o n ito r in g .   T h ese   ef f o r ts   s u g g est  in c r ea s in g   awa r en ess   o f   tr a n s latio n al  co n s id er atio n s   b ey o n d   alg o r ith m ic  ac cu r ac y .     6 . 4 .     P er s is t ing   cha lleng es a cr o s s   s t ud ie s   Desp ite  n o tab le  p r o g r ess ,   s ev er al  ch allen g es c o n s is ten tly   em er g e  ac r o s s   th e  liter atu r e:   a.   Data   av ailab ilit y :   Hig h - ca p ac i ty   m o d els,  p ar ticu lar ly   t r an s f o r m er - b ased   a n d   h y b r id   ar c h itectu r es,  r ely   o n   lar g e,   an n o tated   d atasets ,   wh ich   r em ain   lim ited   i n   m an y   clin i ca l settin g s .   b.   C o m p u tatio n al  ac ce s s ib ilit y :   I n cr ea s ed   m o d el  co m p lex ity   c an   h in d er   wid esp r ea d   ad o p tio n ,   esp ec ially   in   in s titu tio n s   with   lim ited   co m p u tatio n al  r eso u r ce s .   c.   Gen er aliza tio n   an d   r o b u s tn ess :   R ep o r ted   p er f o r m a n ce   o f te n   v ar ies  ac r o s s   d atasets ,   h ig h lig h tin g   s en s itiv ity   to   s ca n n er   d if f er en ce s ,   im a g in g   p r o t o co ls ,   an d   p o p u latio n   d iv er s ity .   d.   Sm all  lesi o n   s eg m en tatio n :   Acc u r ately   d elin ea tin g   s m all  o r   lo w - co n tr ast  tu m o r s   co n tin u es  to   b e  ch allen g in g   f o r   m an y   e x is tin g   ar ch itectu r es.     6 . 5 .     Su mm a ry   a nd   t ra ns it io n   Ov er all,   th e  liter atu r e  s u g g ests   a   p r o g r ess io n   to war d s   b a lan cin g   th e  f o cu s   awa y   f r o m   th e  s o le  n o v elty   o f   ar c h itectu r e  an d   t o war d s   a  m o r e  well - r o u n d ed   ev alu atio n   o f   ac c u r ac y ,   ef f i cien cy ,   an d   d ep l o y   ab ilit y .   Alth o u g h   th e  h y b r id   a n d   en s em b le  m o d els ar e  ce r tain ly   an   in ter esti n g   an d   ev o lv i n g   s p ac e,   p er h a p s   th e  m o s t  p r o m is in g   clin ical  im p lem en tatio n   m ay   b e  with   th e  ef f icien t   C NN  ar ch itectu r es  an d   atten tio n   m ec h an is m s .   T h e  r ec u r r in g   c h allen g es  p r esen ted   h e r e  ar e  th e  p r ec u r s o r   to   th e  o p en   p r o b lem s   an d   f u tu r e   r esear ch   d ir ec tio n s   p r esen ted   i n   th e  f o llo win g   s ec tio n .       7.   F O CUSE D  R E SU L T S AN D  P RACTI CAL R E CO M M E NDAT I O NS    B y   lo o k in g   at  th e  r esu lts   r ep o r ted   in   3 8   d if f er en t  m o d els  f o r   liv er   an d   liv er   tu m o r   s eg m en t atio n   th at  ar e  co n s id er ed   d ee p   lear n in g   m o d els  ( p u b licatio n s   f r o m   2 0 2 3 - 2 0 2 5 ) ,   s o m e  in ter es tin g   an d   ap p licab le  o b s er v atio n s   r eg a r d in g   th e  b a lan ce   b etwe en   ac cu r ac y   an d   c o m p u tatio n al  r eq u ir e m en ts   ar e  m ad e.   I n s tead   o f   p r o v id i n g   r a n k in g s   an d   s co r es,  s o m e  ex am p les  ar e  p r o v id e d   f r o m   th e   liter atu r e  th at   h ig h lig h t  th e  b alan ce   th at   ex is ts   in   r ea l - wo r ld   s ce n ar io s .     7 . 1 .     O bs er v ed  a cc ura c y – co m plex it y   t r a de - o f f s   B u t  r ec en t  wo r k   h as  also   s ee n   th e  r is e  o f   h y b r id   C NN - tr an s f o r m er   m o d els  an d   atten tio n - b ased   ar ch itectu r es,  wh ich   ar e   ac h i ev in g   ev e n   h ig h er   s eg m e n tatio n   ac cu r ac y ,   p a r ticu lar ly   in   co m p lex   ca s es  lik e  tu m o r s .   T o   n a m e  a   f ew,   R esTr an s UNe t  is   a  C NN - tr an s f o r m er   m o d el  th at  h as  r ep o r ted   h ig h er   Dice   s co r es  i n   liv er   an d   tu m o r   s eg m e n tatio n .   Ho wev er ,   th e  ac c u r ac y   in c r ea s e  also   h as  a  p r ice  to   p ay   in   te r m s   o f   h ig h er   GPU  m em o r y   u s ag e   an d   tr ain in g   c o m p lex ity .    On   t h e  o t h er   h an d ,   atten tio n - b ased   C NNs  lik e  MA PF UNe t  ac h iev e   g o o d   ac cu r ac y   in   s eg m e n tin g   ev en   s m aller   o r   less   co n tr asted   lesi o n s   th r o u g h   m u lti - atten tio n   m ec h a n is m s ,   all   wh ile  m ain tain in g   a  r elativ ely   m o d er ate  co m p u tatio n al  co s t  in   ter m s   o f   GPU  m em o r y   u s ag e.    B u t  C NN s   lik e   UNe t++ ,   wh ich   r e p o r t   s lig h tly   lo wer   Dice   s co r es  in   s eg m en tatio n ,   s till   r em ain   th e   b est  o p tio n   in   ter m s   o f   m o d el  co m p lex ity   an d   ea s e  o f   d ep lo y m e n t.     7 . 2 .     Co nte x t - depend ent   depl o y m ent   c o ns idera t io ns   T h e  r ev iewe d   liter atu r e   s u g g e s ts   th at  th e  s u itab ilit y   o f   a  s eg m en tatio n   m o d el  is   h i g h ly   d e p en d en t   o n   th e  in ten d ed   clin ical  ap p licati o n ,   av ailab le  i n f r astru ctu r e,   an d   o p er atio n al  co n s tr ain ts :   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         Hyb r id   co n vo lu tio n a l n e u r a l  n etw o r k – tr a n s fo r mer m o d els f o r   …   ( I b r a h im  Mo h a med   A ttiy a )   1391   a.   Hig h - r eso u r ce   e n v ir o n m en ts :   Sev er al  s tu d ies  ex p lo r e  h y b r id   o r   atten tio n - b ased   ar c h itectu r es  ( e. g . ,  R esTr an s UNe t,  MA P FUNet   [ 4 ] )   i n   r esear ch   o r   ter tiar y - c ar e  s ettin g s   wh er e  ad v an ce d   co m p u tatio n al   r eso u r ce s   ar e  av ailab le  a n d   s e g m en tatio n   p r ec is io n   is   a  p r im ar y   co n ce r n .   b.   R eso u r ce - co n s tr ain ed   o r   h i g h - th r o u g h p u t  s ettin g s :   L ig h tweig h t  C NN - b ased   m o d els  s u ch   as  UNe t++   [ 2 ]   o r   L iv e r Net  [ 1 5 ]   ar e  f r eq u en tl y   d is cu s s ed   as  p r ac tical  alter n ativ es  d u e  t o   th eir   f aster   i n f er en ce   tim es  an d   lo wer   h ar d war e   r eq u i r em en ts .   c.   Sp ec ialized   clin ical  s ce n ar io s :   C er tain   m o d els  ar e   d esig n e d   f o r   s p ec if ic   wo r k f lo ws,  in clu d i n g   lo n g itu d in al   tu m o r   m o n ito r in g   ( L A - R esUNet  [ 2 0 ] ) ,   m u ltimo d al  im ag in g   in teg r atio n   ( R esUNet – I n ce p tio n V4   [ 8 ] ,  ME FNet  [ 3 0 ] ) ,   a n d   in ter v en tio n al  p lan n in g   ap p licatio n s   ( C o n v NeX t - 2 U  [ 7 ] ).   T h ese  ex am p les  illu s tr ate  h o w  ar ch itectu r al  ch o ices  alig n   with   d if f er en t  clin ical  an d   o p er at io n al  n ee d s ,   r ath er   th an   in d icatin g   th e  u n iv er s al  s u p er io r ity   o f   a n y   s in g le  m o d el .     7 . 3 .     H u m a n - in - t he - lo o p inte g ra t io n   Fro m   th e   ab o v e  r esear ch ,   it  is   clea r   th at  th er e  is   a   tr en d   o f   i n cr ea s in g   in ter est  in   th e   in teg r a tio n   o f   th e   au to m ated   s eg m en tatio n   m o d els  in   th e  h u m an - in - th e - lo o p   ( HI T L )   clin ical  en v ir o n m en t.  I n   th is   s y s tem ,   th e  AI - b ased   s eg m en tatio n s   ar e   p r o v id e d   as  a  f ir s t  g u ess ,   wh ich   is   th en   f u r th er   r e v iewe d   b y   th e  ex p e r t   r ad io lo g is ts .    T h is   ty p e   o f   co ll ab o r ativ e  s y s tem   is   b e n ef icial  in   ter m s   o f   clin ical  s af ety ,   a cc o u n tab ilit y ,   a n d   s y s tem   im p r o v em en t  th r o u g h   ex p er t  f ee d b ac k ,   esp ec ially   in   co m p lex   an d   am b ig u o u s   s ce n ar io s .   T h e  HI T L   in teg r atio n   o f   th e  AI - b ased   s y s tem   is   co n s id er ed   a  cr u cial  p ar t  o f   th e  s y s tem   in   o r d e r   to   p r o v id e   a  s af e  an d   ef f ec tiv e  s o lu tio n   in   th e  clin ic al  en v ir o n m en t.       8.   CH AL L E NG E S AN D  O P E N  RE S E ARCH   P RO B L E M S   Alth o u g h   th er e   h a v e  b ee n   s ig n if ican t  a d v an ce m en ts   in   t h e  ap p licatio n   o f   d ee p   lear n in g - b ased   s eg m en tatio n   o f   th e  liv e r   a n d   liv er   tu m o r s ,   th e r e  a r e  s till   a  n u m b er   o f   ch allen g es   an d   r esear ch   q u esti o n s   r em ain in g ,   w h ich   lim it th eir   a p p licatio n   in   a  clin ical  e n v ir o n m en t.     8 . 1 .     Da t a   a v a ila bil it y   a nd   a n no t a t io n   T h e  ab ilit y   to   b u ild   r o b u s t  d e ep   lear n i n g   m o d els  d ep en d s   i n   a  c r u cial  m an n er   o n   th e   av a ilab ilit y   o f   lar g e  q u a n titi es  o f   well - an n o t ated   m ed ical  im a g in g   d ata.   H o wev er ,   th e   cr ea tio n   o f   d iv er s e  m u lticen ter   d ata   s ets  with   co n s is ten t  an n o tatio n   is   h in d er ed   b y   p atien t   p r iv a cy   co n ce r n s ,   im a g in g   p r o to co l   v ar iab ilit y ,   an d   th e   lab o r - in ten s iv e  n atu r e  o f   m an u al  an n o tatio n .   As a  r esu lt,  th e   d iv er s ity   o f   t h e  d ata  s ets m ay   b e  lim ited .     8 . 2 .     Co m pu t a t io na l  c o m plex it y   a nd   re s o urce   co ns t ra ints   T h er e  a r e  m a n y   ad v a n ce d   m o d els,  esp ec ially   t h o s e  wi th   th e   u s e  o f   atten tio n   m e ch an is m s ,   tr an s f o r m er s ,   an d   en s em b le   ap p r o ac h es,   wh ich   o f ten   ca ll  f o r   co n s id er ab le  c o m p u tatio n al  r e q u ir em en ts   d u r in g   th e  tr ain in g   an d   ev alu atio n   p r o ce s s .   T h u s ,   th er e   is   alwa y s   th e  n ee d   t o   d e v elo p   m o d els  th at   en s u r e  th e   tr ad eo f f   b etwe en   s eg m en tatio n   ac c u r ac y   an d   c o m p u tatio n al  ef f icien c y   an d   tr ac ta b ilit y .     8 . 3 .     G ener a liza t io n a nd   do m a in a da pta t i o n   Gen er aliza tio n   ac r o s s   d if f e r en t  im ag in g   p r o to c o ls ,   s ca n n er   v en d o r s ,   an d   p atien t  d em o g r a p h ics .   T h e   is s u e  o f   g en er aliza tio n   ac r o s s   d iv er s e  im ag in g   p r o to c o ls ,   s ca n n er   m an u f ac tu r e r s ,   an d   p atien t  p o p u latio n s   s till   r em ain s   a  m ajo r   co n ce r n .   Alth o u g h   v a r io u s   tech n iq u es,  s u ch   as d o m ain   ad ap tatio n ,   tr an s f e r   lear n in g ,   an d   d ata   au g m en tatio n ,   h av e   s h o wn   p r o m is e,   th ey   ar e  n o t e q u ally   ef f e ctiv e  ac r o s s   d if f er en t scen a r io s .     8 . 4 .     I nte rpre t a bil it y   a nd   ex p la ina bil it y   T h e  in ter p r eta b ilit y   o f   d ee p   le ar n in g   m o d els  is   a  m ajo r   r o a d b lo ck   to   th e  ad o p tio n   o f   d ee p   lear n in g   m o d els  in   t h e  h ea lth ca r e  s ec to r ,   co n s id er in g   th at  h ea lth ca r e  p r o f ess io n als  r eq u ir e  tr a n s p ar en cy   a n d   t r u s t  with   r eg ar d   to   a u to m ated   d ec is io n - s u p p o r t  s y s tem s .   Alth o u g h   r ec en t  r esear ch   in to   u n ce r tain ty   esti m atio n   an d   ex p lain ab le  ar tific ial  in tellig en ce   ( XAI )   h as  p r o p o s ed   p r o m is in g   av en u es  to   ex p lo r e,   m o r e  r esear ch   is   n ec ess ar y   to   en s u r e  th at  t h e  in s ig h ts   ar e  in ter p r etab le  with o u t c o m p r o m is in g   s eg m en tatio n   ac cu r ac y .     8 . 5 .     M ulti - m o da lit y   a nd   clinica l w o rk f lo w  inte g r a t io n   T h e  in teg r atio n   o f   m u ltimo d al  in f o r m atio n ,   s u ch   as  p o s itro n   em is s io n   to m o g r ap h y ,   m ag n etic  r eso n an ce   im a g in g ,   an d   g en o m ic  in f o r m atio n ,   in t o   e x is tin g   co m p u ted   to m o g r a p h y - b ased   s eg m en tatio n   s ch em es  h as  s h o wn   p r o m is e  f o r   i n cr ea s in g   clin ical   r elev an ce   an d   p r ec is io n .   Ho wev er ,   t h er e  ar e   also   s o m e   ch allen g es  ass o ciate d   with   m u ltimo d al  in f o r m atio n   f u s io n ,   i n clu d in g   d ata  h ar m o n izatio n ,   s y s tem   co m p lex ity ,   an d   r eliab ilit y .   Seam less   in teg r atio n   in to   e x is tin g   clin ical  wo r k f lo w,   in clu d in g   p ictu r e  ar ch iv i n g   an d   co m m u n icatio n   s y s tem   c o m p a tib ilit y ,   is   also   a  n o n - tr iv ial  p r o b lem .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.