I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   42 ,   No .   3 J u n e   2 0 2 6 ,   p p .   798 ~ 80 8   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 42 .i 3 . pp 798 - 80 8           798       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   O ptimi za tion o g lio ma  seg menta ti o u sing  3D U - Ne t++ in MRI   surg ica l plan ning   a nd pa tient  sa fet y  outco mes       Ahm ed  B o un eg t a ,   M us t a ph a   K helifi,   M o ha m m ed  B ela dg ha m   La b o r a t o r y   o f   I n f o r ma t i o n   P r o c e ss i n g   a n d   Te l e c o mm u n i c a t i o n   ( LTI T) ,   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   Te c h n o l o g y ,   U n i v e r si t y   o f   TA H R I   M o h a mm e d ,   B e c h a r ,   A l g e r i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   1 9 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Ma r   3 1 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ma y   2 6 ,   2 0 2 6       Th e   m a in   g o a o th is  st u d y   is  t o   d e v e lo p   a n d   e v a lu a te  a   n o v e 3 D   U - Ne t++   c o n v o lu ti o n a n e u ra n e two r k   f o a c c u ra te  se g m e n tatio n   o f   g li o m a   su b - re g io n i n   M RI  sc a n s,  a imin g   to   e n h a n c e   su r g ica p lan n in g ,   targ e ted   ra d io t h e ra p y ,   a n d   p a ti e n t   sa fe ty .   P re c ise   se g m e n tatio n   o f   g l io m a   s u b - re g i o n s   is  a   p e rsiste n c h a ll e n g e   in   n e u r o - o n c o l o g y   d u e   to   su b sta n ti a m o rp h o l o g ica l   v a riab il it y   a c ro ss   p a ti e n ts.  T o   a d d re ss   th is,  we   in tr o d u c e   a n   a u to m a ti c   se g m e n tatio n   m o d e l   b a se d   o n   a   3 U - Ne t++   a rc h it e c tu re   wi th   d e n se   sk ip   c o n n e c ti o n s,  w h ich   im p ro v e sp a t ial  fe a tu re   e x trac ti o n   a n d   th e   d e li n e a ti o n   o f   tu m o b o u n d a ries .   Util izin g   v o lu m e tri c   d a ta  fro m   th e   Bra TS   2 0 2 0   b e n c h m a rk ,   t h e   m o d e l   a u to m a t ica ll y   se g m e n ts  th re e   c li n ica ll y   re le v a n t   su b stru c t u re s:  tu m o c o re ,   th e   e n h a n c in g   tu m o r,   a n d   wh o le  tu m o r.   Th e   in teg ra ti o n   o d e n se   c o n n e c ti o n with   3 c o n v o l u ti o n a lay e rs  fa c il it a tes   th e   d e tec ti o n   o su b tl e   ti ss u e   v a r iatio n s,  in c lu d i n g   n e c ro sis  a n d   e d e m a .   Qu a n ti tati v e   e v a lu a ti o n   d e m o n stra te th a t h e   p ro p o se d   3 D   U - Ne t++   su rp a ss e c o n v e n ti o n a l   a rc h it e c tu re su c h   a sta n d a rd   U - Ne a n d   De e p M e d ic   in   Dic e   c o e fficie n t,   se n siti v it y ,   a n d   sp e c ifi c it y ,   y ield in g   m o re   h o m o g e n e o u s   a n d   c o n ti n u o u se g m e n tati o n w h il e   re d u c i n g   m a n u a a n d   se m i - a u to m a ti c   a n n o tati o n   e ffo rts.   Th is  a p p ro a c h   su p p o rts  a d v a n c e d   c li n ica l   d e c isio n - m a k in g   a n d   wo r k flo w   a u to m a ti o n ,   a n d   o ffe rs  p o ten ti a l   fo r   a p p li c a ti o n   t o   o th e t u m o t y p e o i n teg ra ti o n   i n to   re a l - ti m e   c li n ica p ra c ti c e .   K ey w o r d s :   3 co n v o lu tio n   E n h an cin g   tu m o r   Glio m s e g m en tatio n   MRI   T u m o r   c o r e   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   B o u n e g ta   L ab o r ato r y   o f   I n f o r m atio n   Pro ce s s in g   an d   T elec o m m u n icati o n   ( L T I T )   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g Facu lty   o f   T ec h n o l o g y   Un iv er s ity   o f   T AHRI  Mo h am m ed   B ec h ar ,   Alg er ia   E m ail:  b o u n e g ta. ah m e d @ u n iv - b ec h ar . d z       1.   I NT RO D UCT I O N   lar g p r o p o r tio n   o f   ce n tr a n er v o u s   s y s tem   ca n ce r s   ar g lio m as,  th e   m o s p r e v ale n ty p o f   p r im ar y   b r ai n   tu m o r   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   T h e   p r ec is s eg m en tatio n   o f   th ese  tu m o r s   o n   MRI  is   ess en tial  f o r   s u r g ical  p lan n in g ,   tr ea tm en t,  an d   p atie n f o llo w - u p   [ 1 ] ,   [ 3 ] .   Do cto r s   m u s ca r ef u lly   d is tin g u is h   b e twee n   th n ec r o tic  co r e,   t h en h an ce d   tu m o r   m a s s ,   an d   th e   ed em a,   as  t h is   d i r ec tly   in f lu en ce s   th e   p r o g n o s is   an d   th e r ap eu tic   o p tio n s   [ 2 ] - [ 6 ] .   C u r r en tly ,   ad v an ce d   3 tech n iq u es  ar e   ess en tial  f o r   ef f ec tiv e   p lan n in g   [ 6 ] - [ 8 ] ,   b u m a n u al   an d   s em i - au to m atic  m eth o d s   r em ain   co m p le x ,   tim e - co n s u m in g ,   a n d   h ig h ly   o p er ato r - d ep en d e n [ 8 ] - [1 0 ] .   Au to m ated   3 tu m o r   s eg m e n tatio n   f r o m   MRI  h as  m ad e   s ig n if ican p r o g r ess   th an k s   to   th em er g e n ce   o f   ad v an ce d   d ee p   lear n in g   ar c h itectu r es,  im p r o v in g   th ac cu r ac y   o f   g lio m tr ea tm e n t.   Me n ze   et  a l.   [ 1 ]   estab lis h ed   th B r aT ch all en g as  a   b e n ch m ar k   b y   p r o v id in g   m u ltimo d al  d atab as es  th at  s tim u lated   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Op timiz a tio n   o f g lio ma   s eg me n ta tio n   u s in g   3 U - N et++   in   MRI   s u r g ica l p la n n in g   …  ( A h med   B o u n e g ta )   799   alg o r ith m ic  in n o v atio n .   B u ild in g   o n   th ese  r eso u r ce s ,   R ese ar ch er   [ 2 ] ,   [ 8 ] ,   th en   en r ich ed   th em   with   ex p er r ad io m ic  an n o tatio n s ,   o f f er in g   m o r co m p r e h en s iv e   d atasets   f o r   m o d el  tr ain in g   an d   v alid ati o n .   I n itial  m o d els  o f   3 U - Net+ +   in   ar ticles  b y   o th er   au th o r s   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ]   h av d em o n s tr ated   e x ce p tio n al   p er f o r m an ce .   T h e y   lev er ag im p r o v e d   s k ip   co n n ec tio n s   an d   d en s f ea tu r p r o p a g atio n   to   ac h iev Dice   co ef f icien ts   th at  e n h an ce   wh o le  tu m o r   s eg m e n tatio n ,   with   p r ec is io n   v alu es  s lig h tly   ex c ee d in g   0 . 9 9   o n   th e   B r aT S2 0 2 0   d ataset.   T h ese  ar ch itectu r es  ad d r ess   th f u n d a m en tal  ch allen g o f   v o l u m etr ic  f ea tu r ex tr ac tio n   wh ile  m ain tain in g   c o m p u tatio n al  ef f icien c y   th r o u g h   o p tim iz ed   co n n ec tio n   s ch em es .   T h 3 U - Net,   d ev elo p e d   by  th a u th o r s   o f   [ 1 3 ] ,   was  s p ec if ically   d esig n ed   to   ad d r ess   d en s v o lu m etr ic  s eg m en tatio n   f r o m   s p ar s an n o tatio n s .   T h is   laid   th g r o u n d wo r k   f o r   s u b s eq u en ar ch itectu r al  im p r o v em en ts .   Atten tio n - b ased   ar ch itectu r es   also   a d d r ess   tis s u h eter o g en eity .   Gu a n   et   a l.   [ 1 4 ]   ac h iev e d   Dice   s co r es  o f   0 . 6 8   ( wh o le   tu m o r ) ,   0 . 8 5   ( tu m o r   co r e) ,   an d   0 . 7 0   ( en h an cin g   tu m o r )   o n   B r aT S2 0 2 0   b y   in co r p o r atin g   Sq u ee z e - an d - E x cite  f ilter s   an d   atten tio n   g u id an ce   m ec h an is m s .   B SAU - Net’ s   [ 1 5 ]   s p atia l   an d   c h an n el   atten tio n   m o d u les  r e f in ed   th e   b o u n d ar ies,  ac h iev in g   Dice   s co r o f   >0 . 7 5   with   s en s itiv ity   o f   0 . 9 0   an d   p r ec is io n   o f   0 . 7 8 T h e   co n clu s io n s   o f   a r ticles  [ 1 6 ] - [ 1 8 ]   co n s is ten tly   r an k   th e   n n U - Net  v ar ian ts   am o n g   th b e s t I m p lem en tatio n s   in co r p o r atin g   r esid u al  b lo ck s ,   atten tio n   g ates,  an d   Ha u s d o r f f   d is tan ce   lo s s   y ield ed   an   av er ag Dice   o f   0 . 8 3   an d   an   HD9 5   o f   3 . 8   m m   f o r   a d u lt  g lio m as  ( Dice   0 . 7 1 ,   HD 9 5   8 . 7   m m   in   p ed iatr ics) R esear ch er   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ]   f o r   k n o wled g d is till atio n   in   p o s to p er ativ s eg m en tatio n   ac h iev ed   Dice   o f   0 . 8 3 6 ,   h ig h lig h tin g   its   u tili ty   f o r   s u r g ical  p lan n in g .   E x ter n al  v a lid atio n s   r ep o r a   Dice   o f   0 . 8 1   to   0 . 8 6   ac r o s s   in s titu tio n s .   E n s em b le  an d   h y b r id   s tr ateg ies  en h an ce   r o b u s tn ess .   E n s em b leUNe ts ,   co m b i n in g   s ev er al  v ar ian ts   o f   U - Ne t,   ac h iev ed   a   Dice   s co r o f   0 . 9 3   an d   HD9 5   o f   1 8   m m   o n   B r aT S2 0 2 1 ,   s u r p ass in g   C aPT k ,   2 DVNe t,  an d   R esNet5 0   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ] .     3 U - Net - L STM   f u s io n   in teg r atin g   tem p o r al  MRI  p atter n s   ac h iev ed   an   ac cu r ac y   o f   9 8 . 9 %.  T h d u al - m o d ality   s ets ac h iev ed   D ice  =   0 . 9 7 7 3   an d   a v e r ag I o 0 . 6 0 0 8 .   Desp ite  s u b s tan tial  p r o g r ess   i n   au to m ate d   b r ain   tu m o r   s eg m en tatio n ,   s ig n if ica n ch allen g es  r em ain   in   tr an s latin g   an d   g e n er alizin g   th ese  m eth o d s   to   clin ical  p r ac tice.   Alth o u g h   s tate - of - th e - ar m o d els  ac h iev e   h ig h   Dice   s co r es  o n   cu r ated   d atasets   lik B r aT S,  th eir   p er f o r m an ce   o f ten   d r o p s   to   0 . 5 9 0 . 6 7   in   r ea clin ical  s ettin g s .   T h is   d ec lin in   p er f o r m an ce   in d icate s   s ig n if ic an s h if b etwe en   th d o m ai n s   o f   tr ai n in g   an d   d ep lo y m e n en v ir o n m en ts .   Var iatio n s   in   ac q u is itio n   p ar am eter s ,   s ca n n e r   h ar d war e,   an d   im ag in g   ar tifa cts   co m p r o m is th r o b u s tn ess   o f   th ese  s y s tem s .   Del in ea tin g   en h an cin g   tu m o r s   is   esp ec ially   p r o b lem atic:  m o s t   m eth o d s   ac h ie v Dice   s co r es o f   o n ly   0 . 4 8   to   0 . 7 8   an d   s h o w   h ig h   Ha u s d o r f f   d is tan ce s   with o u s p ec ialized   l o s s   f u n ctio n s ,   r ev ea lin g   p e r s is t en lim itatio n s   in   co n to u r   r ef in em e n t.  Po s to p e r ativ e   an d   in tr ao p er ativ e   s eg m en tatio n   ar e   ev en   m o r e   ch allen g in g   d u to   b r ain   m o v em en t,   s u r g ical  ar tifa cts,  a n d   s tr ict  r ea l - tim e   r eq u ir em e n ts .   Fin ally ,   th lac k   o f   s tan d ar d ized   ev alu atio n   m et r ics  alig n ed   with   clin ical  n ee d s   p er p etu ates  th g ap   b etwe en   r esear ch   b en ch m ar k s   an d   p r ac tical  u tili ty ,   u n d er s co r in g   th n ee d   f o r   m o d els  an d   p r o to co ls   t h at  ca n   b r eliab ly   in teg r ated   in to   d iv er s clin ical  wo r k f l o ws .   T h is   s tu d y   ex am in ed   m u lti - o b jectiv lo s s   f u n ctio n   th at  co m b in es  weig h ted   Dice ,   co n to u r - s en s itiv Hau s d o r f f ,   a n d   f o ca m o d u l atio n   to   b alan ce   o v e r lap   ac cu r ac y ,   c o n to u r   f id elity ,   an d   class   im b alan ce   m an ag em en t.   T h e   f u n ctio n   i n co r p o r ates  s k ip   co n n ec tio n s   an d   i n teg r ates  co m p lex   s p atial  d ata.   On   th e   B r aT S2 0 2 0   d ataset,   o u r   o p tim ized   3 U - Net+ m o d el  ac h i ev ed   lo s s   o f   0 . 0 1 4 6 ,   an   ac c u r ac y   o f   9 9 . 5 1 %,  p r ec is io n   o f   9 9 . 5 3 %,  an d   an   av er ag in ter s ec tio n   o v er   u n i o n   ( I o U)   o f   8 2 . 8 6 %.  T h is   p er f o r m an ce   s u r p ass es   b aselin U - Net m o d els  [ 1 3 ] ,   [ 2 3 ]   an d   Dee p Me d ic   m o d els  [ 3 ] ,   [ 2 4 ] .   Ad d itio n ally ,   o u r   m o d el  d em o n s tr ates  s u p er io r   b o u n d ar y   ac cu r ac y   with   Hau s d o r f f   d is tan ce s   lo w er   th an   th o s o f   n n U - Net  v ar i an ts   ( ap p r o x im ately   3 . 8   m m ) .   Mo d el  p er f o r m an ce   d ep en d s   o n   ar c h itectu r al  s o p h is ticatio n ,   lo s s   f u n ctio n   u n d er s tan d in g ,   tr ain in g   d ata  v ar iety ,   a n d   clin ical  e v a lu atio n   m etr ics.  T h e   p r o p o s e d   lo s s   f u n ctio n   en s u r es  h ig h   p r ec is io n   an d   lo b o u n d ar y   e r r o r ,   b o t h   cr u cial  f o r   s u r g ical  p la n n in g   an d   r ad io t h er ap y   g u id a n ce .       2.   WO RK   UNDER T AK E N   a n d   E NV I RO NM E N T   2 . 1 .   Su mm a ry   o f   t ec hn ic a a s pect s     I n teg r atin g   3 U - Net+ ar c h itectu r with   ad v an ce d   atten tio n   m ec h a n is m s   an d   o p ti m ized   s k ip   co n n ec tio n s   s ig n if ican tly   im p r o v es  g lio m s eg m en tatio n   ac cu r ac y   an d   p r e o p er ativ p la n n in g   in   MRI - g u id e d   n eu r o s u r g er y   [ 2 ] ,   [ 1 3 ] ,   [ 1 6 ] ,   [ 2 5 ] .   T h is   f r am ewo r k   en h a n ce s   tu m o r   m a r g in   d elin ea tio n   a n d   en ab les  co n s is ten d etec tio n   o f   in tr a - tu m o r al  s u b r eg io n s ,   in clu d i n g   n ec r o ti co r es  an d   p r o life r ativ z o n es,  ess en tial  f o r     tar g eted   th er a p eu tic  s tr ateg i es  [ 2 5 ] - [ 2 7 ] .   T ask - s p ec if ic   U - Net+ ad ap tatio n s   [ 1 1 ] ,   [2 8]   d em o n s tr ate  co m p u tatio n al  e f f icien cy   an d   r o b u s tn ess   in   s eg m en tin g   h eter o g en e o u s   b r ain   t u m o r   s u b co m p o n en ts .     T h is   alig n s   with   o u r   s tu d y ' s   o b jectiv to   en h an ce   m e d ical  im ag in g   wo r k f lo ws  th r o u g h   p r ec is e,   au to m ated   s eg m en tatio n   p r o to co ls .     2 . 2 .   Wo r k   u nd er t a k en   T h is   s tu d y   illu s tr ates   th at  i n te g r atin g   in tr ao p er ativ r ad io l o g ical  m o n ito r in g   ( I R M)   in to   p r eo p er ativ e   g lio m s eg m en tatio n   p r esen ts   s ig n if ican ch allen g es  d u to   t u m o r   h eter o g en eity   a n d   ir r eg u lar ity   in   MRI  d ata.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 2 6 :   7 9 8 - 80 8   800   T o   ad d r ess   th is ,   we  ap p l y   3 U - Net+ m o d e with   d en s s k ip   co n n e ctio n s   an d   d ee p   s u p er v is io n   to   im p r o v e   f ea tu r ex tr ac tio n   an d   s eg m e n th en h an ci n g   tu m o r   ( E T ) ,   tu m o r   co r ( T C ) ,   an d   p er itu m o r al  ed em a.   Usi n g   th B r aT S2 0 2 0   d ataset,   we  o p tim ize  p er f o r m an ce   with   Dice   Similar ity   C o ef f icien an d   9 5 th - pe r ce n tile  Hau s d o r f f   d is tan ce   ( HD9 5 )   m etr ics.  T h is   au to m ated   ap p r o ac h   d eliv er s   ac cu r ate  s eg m e n tatio n   ess en tial  f o r   n eu r o s u r g ical  p lan n i n g ,   f ac ilit ates d ec is io n - m ak in g ,   a n d   im p r o v es su r g ical  o u tco m es .   T h is   s tu d y   ad d r ess es  th ch all en g es  o f   g lio m s eg m en tatio n   f o r   p r eo p er ativ p lan n in g ,   wi th   f o cu s   o n   in tr a o p er ativ e   r ad io l o g ical  m o n ito r in g .   T h p r o p o s ed   m o d el  u tili ze s   3 U - Net+ a r c h itectu r f ea tu r in g   d en s s k ip   co n n ec tio n s   an d   d ee p   s u p er v is io n   t o   im p r o v f ea tu r ex tr ac tio n   an d   th s eg m en tatio n   o f   tu m o r   s u b r eg io n s   ( s ee   T ab le   1   f o r   ar ch itectu r al  d etails).   A   co m p o s ite  lo s s   f u n ctio n   is   em p l o y ed   t o   ca p tu r s tr u ctu r al   f ea tu r es  an d   r e d u ce   v o x el - lev el  m is class if icatio n s .   T h m o d el’ s   p er f o r m a n ce   is   e v alu ate d   o n   th e   B r aT S2 0 2 0   d ataset,   as  illu s tr ated   in   Fig u r 1 ,   d em o n s tr atin g   its   p o t en tial  to   en h a n ce   clin ical  d e cisi o n - m ak in g   a n d   o p tim ize  s u r g ical  o u tco m es .     2 . 3 .   E nv iro nm ent :   da t a s et   &   t er m s   o f   us a nd   des cr ipti o n   2 . 3 .1 Co m pu t a t i o na en v iro nm ent   All   co m p u tatio n al  ex p er im e n ts   wer co n d u cted   o n   h ig h - p er f o r m an ce   PC   eq u ip p ed   wi th   an   I n tel  C o r i7   p r o ce s s o r ,   1 2   GB   R AM ,   an d   I n tel  HD  Gr ap h ics  3 0 0 0   GPU,   r u n n i n g   6 4 - b i o p er atin g   s y s tem .     Fo r   co m p u tatio n ally   in ten s iv task s ,   an   NVI DI T esla  P1 0 0   GPU  av aila b le  o n   Ka g g le  was  u tili ze d .     T h s o f twar e n v ir o n m en c o m p r is ed   Py th o n   3 . 8   a n d   T e n s o r Flo 2 . 4   to   en s u r e   r o b u s m ac h in lea r n in g   p er f o r m an ce .     2 . 3 . 2 Usa g a g re em ent   T h B r aT S - 2 0 2 0   d atasets   ar f r ee ly   av ailab le   f o r   r esear ch   p u r p o s es,  p r o v id ed   th at  ap p r o p r ia te   ac k n o wled g m en is   g iv en   b y   citin g   t h m ain   r e f er en ce   w o r k s .   Sp ec if ically ,   u s er s   m u s cite  th r eq u ir e d   m an u s cr ip ts   to   co m p l y   with   th d ataset  u s ag e   p o licy   [ 1 ] ,   [ 2 ] ,   [ 2 9 ] .   T h is   en s u r es  p r o p e r   r ec o g n itio n   o f   th e   o r ig in al  d e v elo p er s   an d   u p h o l d s   th in teg r i ty   o f   ac ad em ic   r e s ea r ch   u tili zin g   B r aT S d ata .     2 . 3 . 3 O v er v iew  o f   t he  B ra T S - 20 20   t ra ini ng   da t a s et   T h d ataset  co n tain s   MRI  s ca n s   o f   h ig h -   an d   lo w - g r ad e   g lio m as  th at  wer n o r m alize d ,   c o - r eg is ter ed ,   an d   r esam p led   f o r   u n if o r m ity .   B o th   h ig h - g r a d an d   l o w - g r ad e   g lio m as  in clu d ed   an n o tated   r eg io n s   an d   clin ical  d ata.   T u m o r   s eg m e n ta tio n   u tili ze d   f o u r   MRI  m o d alities T 1 ,   T 1 - Gd ,   T 2 ,   an d   FLA I R .   Patien ag e   an d   s u r v iv al  d u r atio n   d ata  s u p p o r th d ev elo p m en o f   p r o g n o s tic  m o d els.  T h B r aT S   d ataset  co m p r is es  m u ltimo d al  s c an s   f r o m   1 9   in s titu tio n s ,   r ep r esen tin g   n ativ T 1 ,   p o s t - co n tr ast  T 1 - weig h ted   ( T 1 - Gd ) ,     T2 - weig h ted ,   an d   T 2 - FLAI R   v o lu m es.  B r aT S2 0 2 0   is   p a r ticu lar ly   ef f ec tiv f o r   b r ain   t u m o r   s eg m en tatio n   an d   s u r v iv al  p r e d ictio n   [ 2 9 ] .     2 . 4 .   M et ho do lo g ic a o v er v iew   T h s tu d y   em p lo y s   3 U - Net+ m o d el  to   s eg m en t   g lio m as  in   MRI  v o lu m es   u s in g   3 D   co n v o l u tio n s   an d   d en s s k ip   c o n n ec tio n s   f o r   ef f icien m u lti - s ca le  f ea tu r ex tr ac tio n   [ 1 6 ] ,   [ 3 0 ] .   p r o g r ess iv e   u p s am p lin g   p ath   r ef in es  s p at ial  r eso lu tio n   to   d elin ea te  n ec r o tic/ co r e,   e d em a,   a n d   en h an cin g   s u b r eg io n s     [ 8 ] ,   [ 3 1 ] .   Usi n g   th e   B r aT S2 0 2 0   d ataset,   1 0 0   s lices  p er   v o l u m ar e   s elec ted ,   a n d   p er f o r m a n ce   is   m ea s u r e d   b y   Dice   co ef f icien t,  ac cu r ac y ,   s e n s itiv ity ,   an d   s p ec if icity   [ 1 0 ] ,   [ 3 1 ] .   T h e   ar ch itectu r e s   ex te n s iv s k ip   p ath way o p tim ize  f ea tu r r e u s e,   lo wer   m em o r y   r e q u ir em e n ts ,   an d   d e liv er   co s t - ef f ec tiv e,   h ig h - ac cu r ac y   m eth o d   f o r   g lio m s eg m en tatio n   [ 2 3 ] ,   [ 3 1 ] ,   s u p p o r tin g   p r eo p e r ativ n eu r o s u r g ical   p lan n i n g   [ 2 ] ,   [ 2 9 ] .   W o r k f l o s tag es   in clu d d ata   p r e p r o ce s s in g ,   m o d el  d esig n   [ 2 ] ,   [ 1 3 ] ,   lo s s   f u n ctio n   an d   m etr ic   s elec tio n ,   a n d   u ltima tely ,     tr ain in g   with   ev alu ati o n   [ 1 8 ] ,   [ 2 6 ] .     2 . 5 .   T im eline   o f   m od el  i m pl em ent a t io ns   T h 3 U - Net+ m o d el  is   ca t eg o r ized   u n d er   th y ea r   2 0 1 8   i n   th im ag tim elin s h o wn   in   Fig u r 1 .   T h is   y ea r   is   ch ar a cter ize d   b y   im p r o v em e n ts   in   s o p h is t icate d   n eu r al  n etwo r k s ,   p ar t icu lar ly   U - Net+ +,   g en er ativ e   n eu r al   n etwo r k s   ( GNNs) ,   an d   Dee p L ab ,   wh i ch   s ig n if y   p r o g r ess   in   in tr i ca te  s eg m en tatio n     m o d els  f o r   m ed ical  an d   s cien tific   p u r p o s es.  T h 3 U - Net+ m o d el,   v ar iatio n   o f   U - Net+ +,   is   an     o p tim ized   ar c h itectu r d esig n ed   to   im p r o v f ea tu r e   ex t r ac tio n   an d   s eg m en tatio n   p r ec is io n   in   th r ee - d im en s io n al  m ed ical  im a g in g .   T h o r g an izatio n   o f   th is   c h ar t   in   Fig u r 1   c o m es  af ter   th e   f i r s attem p at  m ath em atica m o d elin g   o f   n eu r o n s   in   1 9 4 3   b r o u g h b y   Mc C u llo ch   an d   Pit ts ,   an d   th e   Per ce p tr o n   in   1 9 5 8 ,   c r ea ted   b y   Fra n k   R o s en b latt.   T h is   was o n o f   th f ir s t b in ar y   class if icatio n   alg o r ith m s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Op timiz a tio n   o f g lio ma   s eg me n ta tio n   u s in g   3 U - N et++   in   MRI   s u r g ica l p la n n in g   …  ( A h med   B o u n e g ta )   801       Fig u r 1 NE T   e v o lu tio n   ch ar t   ( d ee p   lear n in g   ca s e)       3.   NE T WO RK   ARCH I T E CT URE   T h e   co m p o s itio n   an d   ar ch itect u r d i m en s io n s   o f   th e   im p lem en ted   U - Net+ m o d el   u s ed   i n   th is   s tu d y   ar p r esen ted   with   d etail  in   T a b le  1 .   T h is   ex p lan atio n   h ig h lig h ts   th n etwo r k s   s tr u ctu r al  d e s ig n ,   in clu d in g   t h e   r ep r esen tatio n   o f   f ea t u r m ap s   an d   th n u m b e r   o f   c h an n els ass ig n ed   to   ea ch   lay er ,   p r o v id in g   co m p r eh e n s iv u n d er s tan d i n g   o f   m o d el’ s   c o m p lex ity .   Sp ec ial  em p h asis   is   p lace d   o n   th 3 U - N et+ ar ch itectu r e,     wh er ea ch   lay e r ' s   r o le  an d   co n n ec tio n   ar e   illu s tr ated   to   r ef le ct  th ad v an ce d   d esig n   o f   th e   ex ec u ted   m o d el.       T ab le  1 .   T h 3 U - Net ++   ar c h itectu r e,   with   r ep r esen tatio n   f ea tu r m ap s ,   an d   th n u m b e r   o f   ch an n els is   d en o ted   f o r   ea c h   lay er   ( T h e x ec u ted   m o d el )   La y e r   ( T y p e )   O u t p u t   c o n f i g u r a t i o n   P a r a m N u mb e r   Li n k e d   t o   I n p u t _ l a y e r _ 1   ( I n p u t   l a y e r )   ( N o n e ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   4 )   0   -   c o n v 3 d   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   6 4 )   6 , 9 7 6   i n p u t _ l a y e r _ 1 [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 1   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   6 4 )   1 1 0 , 6 5 6   c o n v 3 d [ 0 ] [ 0 ]   d r o p o u t   ( D r o p o u t )   ( N o n e ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   6 4 )   0   c o n v 3 d _ 1 [ 0 ] [ 0 ]   max _ p o o l i n g 3 d   ( M a x _ P o o l i n g 3 D )   ( N o n e ,   6 4 ,   6 4 ,   6 4 ,   1 2 8 )   0   d r o p o u t [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 2   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   6 4 ,   6 4 ,   6 4 ,   1 2 8 )   2 2 1 , 3 1 2   max _ p o o l i n g 3 d [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 3   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   6 4 ,   6 4 ,   6 4 ,   1 2 8 )   4 4 2 , 4 9 6   c o n v 3 d _ 2 [ 0 ] [ 0 ]   d r o p o u t _ 1   ( D r o p o u t )   ( N o n e ,   6 4 ,   6 4 ,   6 4 ,   1 2 8 )   0   c o n v 3 d _ 3 [ 0 ] [ 0 ]   M a x _ p o o l i n g 3 d _ 1   ( M a x _ P o o l i n g 3 D )   ( N o n e ,   3 2 ,   3 2 ,   3 2 ,   1 2 8 )   0   d r o p o u t _ 1 [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 4   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   3 2 ,   3 2 ,   3 2 ,   2 )   8 8 4 , 9 9 2   max _ p o o l i n g 3 d _ 1 [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 5   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   3 2 ,   3 2 ,   3 2 ,   2 )   1 , 7 6 9 , 7 2 8   c o n v 3 d _ 4 [ 0 ] [ 0 ]   d r o p o u t _ 2   ( D r o p o u t )   ( N o n e ,   3 2 ,   3 2 ,   3 2 ,   2 )   0   c o n v 3 d _ 5 [ 0 ] [ 0 ]   max _ p o o l i n g 3 d _ 2   ( M a x P o o l i n g 3 D )   ( N o n e ,   1 6 ,   1 6 ,   1 6 ,   2 )   0   d r o p o u t _ 2 [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 6   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   1 6 ,   1 6 ,   1 6 ,   5 )   3 , 5 3 9 , 4 5 6   max _ p o o l i n g 3 d _ 2 [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 7   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   1 6 ,   1 6 ,   1 6 ,   5 )   7 , 0 7 8 , 4 0 0   c o n v 3 d _ 6 [ 0 ] [ 0 ]   d r o p o u t _ 3   ( D r o p o u t )   ( N o n e ,   1 6 ,   1 6 ,   1 6 ,   5 )   0   c o n v 3 d _ 7 [ 0 ] [ 0 ]   max _ p o o l i n g 3 d _ 3   ( M a x P o o l i n g 3 D )   ( N o n e ,   8 ,   8 ,   8 ,   5 1 2 )   0   d r o p o u t _ 3 [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 8   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   8 ,   8 ,   8 ,   1 0 2 4 )   1 4 , 1 5 6 , 8 0 0   max _ p o o l i n g 3 d _ 3 [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 9   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   8 ,   8 ,   8 ,   1 0 2 4 )   2 8 , 3 1 2 , 5 7 6   c o n v 3 d _ 8 [ 0 ] [ 0 ]   d r o p o u t _ 4   ( D r o p o u t )   ( N o n e ,   8 ,   8 ,   8 ,   1 0 2 4 )   0   c o n v 3 d _ 9 [ 0 ] [ 0 ]   u p _ sa mp l i n g 3 d   ( U p S a m p l i n g 3 D )   ( N o n e ,   1 6 ,   1 6 ,   1 6 ,   1 )   0   d r o p o u t _ 4 [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 1 0   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   1 6 ,   1 6 ,   1 6 ,   5 )   1 4 , 1 5 6 , 2 8 8   u p _ sa mp l i n g 3 d [ 0 ] [ 0 ]   C o n c a t e n a t e   ( C o n c a t e n a t e )   ( N o n e ,   1 6 ,   1 6 ,   1 6 ,   1 )   0   d r o p o u t _ 3 [ 0 ] [ 0 ] / c o n v 3 d _ 1 0 [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 1 1   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   1 6 ,   1 6 ,   1 6 ,   5 )   1 4 , 1 5 6 , 2 8 8   c o n c a t e n a t e   [ 0 ] [ 0 ]   c o n c a t e n a t e   ( C o n c a t e n a t e )   ( N o n e ,   1 6 ,   1 6 ,   1 6 ,   1 0 2 4 )   0   d r o p o u t _ 3 [ 0 ] [ 0 ] /   c o n v 3 d _ 1 0 [ 0 ] [ 0 ]   C o n v 3 d _ 1 1   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   1 6 ,   1 6 ,   1 6 ,   2 5 6 )   1 4 , 1 5 6 , 2 8 8   c o n c a t e n a t e   [ 0 ] [ 0 ]   u p _ sa mp l i n g 3 d _ 3   ( U p S a m p l i n g 3 D )   ( N o n e ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   1 2 8 )   0   d r o p o u t _ 7 [ 0 ] [ 0 ]   C o n v 3 d _ 1 6   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   6 4 )   2 2 1 , 2 4 8   u p _ sa mp l i n g 3 d _ 3 [ 0 ] [ 0 ]   d r o p o u t _ 8   ( D r o p o u t )   ( N o n e ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   6 4 )   0   c o n v 3 d _ 1 7 [ 0 ] [ 0 ]   c o n v 3 d _ 1 6   ( C o n v 3 D )   ( N o n e ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   1 2 8 ,   4 )   2 6 0   d r o p o u t _ [ 0 ] [ 0 ]   To t a l   p a r a me t e r s :   9 4 , 1 2 6 , 8 5 2   ( 3 5 9 . 0 7   M B ) Tr a i n a b l e   p a r a ms :   9 4 , 1 2 6 , 8 5 2   ( 3 5 9 . 0 7   M B )       4.   E XE CUT I O AND   SP E CIF I CAT I O NS   4 . 1 .     I nfo r m a t io n   T h 3 U - Net+ m o d el   f o r   b r ain   tu m o r   s eg m e n tatio n   h as  two   p r im ar y   co m p o n en ts d ata  p r ep ar atio n   an d   tr ai n in g   co n f ig u r atio n .   Data   p r ep ar atio n   e n tails   im p o r tin g   3 MRI  v o l u m es,  n o r m alizin g   v o x el  in ten s ities ,   em p lo y in g   au g m en t atio n   tech n iq u es,  a n d   d elin ea tin g   s eg m e n tatio n   m ask s   f o r   tu m o r   s u b r eg io n s .   B atch   p r o d u ctio n   in v o lv es  p ar titi o n in g   th e   d atas et  in to   tr ain in g ,   v alid ati o n ,   an d   test   s u b s ets:   6 8 f o r   tr ain in g ,   2 0 f o r   v alid atio n ,   an d   1 2 f o r   test in g .   T h tr ain in g   d ataset  was  i n ter n ally   s p lit  f o r   v alid atio n ,   u s in g   8 5 % f o r   tr ain in g   an d   1 5 % f o r   test in g   d u r in g   th e   tr ain i n g   p h ase .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 2 6 :   7 9 8 - 80 8   802   4 . 2 .   E qu a t io ns   a nd   m a t hema t ica l f o r m ula t io ns   4 . 2 . 1 I m po rt a nce  in  ima g s eg m ent a t i o n   I n   s eg m e n tatio n ,   th D ice   co ef f icien in d icate s   h o w   m u ch   th s eg m en t ed   ar ea   in   t h p r ed ictio n   o v er lap s   with   th g r o u n d   tr u th .   h ig h er   D ice  co ef f icien t in d icate s   b etter   p er f o r m an ce .     4 . 2 . 2 .   M a t hem a t ic a f o r m ula t io n   -   T h D ice  co ef f icien ( F1 - s co r e)   b etwe en   two   s et s   an d   B   ( r ep r esen tin g   th p r ed ict ed   s eg m en tatio n   an d   th g r o u n d   tr u t h ,     re - s p ec tiv ely )   is   f o r m u lated   as :     = 2 | | | | + | |   ( 1 )     W h er e:   -   A∩B   is   th in ter s ec tio n   ( o v e r lap )   b etwe en   t h p r e d icted   an d   tr u s ets,   -   A   an d   B   ar th s izes ( p ix el   co u n ts )   o f   th r esp ec tiv s ets.   -   I n   s eg m en tatio n   ( class if icatio n )   task s ,   s u ch   as  tu m o r   b o r d e r   id en tific atio n ,   HD5   is   e s s en ti al  as  i p r ev en ts   s lig h m is tak e s   at  d i s tan p lace s   f r o m   s ig n if ican tly   d is to r ti n g   th d is tan ce   m etr ic,   r esu lt - in g   in   m o r d ep en d a b le  ass ess m en t o f   s p atial  clo s en ess .   Ma t h e m at ic all y ,   HD 9 5   ca lc u l a tes  th Ha u s d o r f f   d is ta n ce   at   t h 9 5 t h   p e r c e n til e,   f o r m u lat ed   a s   f o l lo ws :      95 ( , ) =  (    95 ( ( , ) ) ,    95 ( ( , ) )   ( 2 )     w h e r e :   d ( a,   b )   r e p r esen ts   th E u clid ea n   d is tan ce   b e - twee n   p o in ts   a an d   b B.   -   Sen s itiv ity ,   o r   tr u p o s itiv r ate ,   is   v ital  in   h ea lth ca r f o r   th p r ec is id en tific atio n   o f   p o s itiv e   ca s es,   r ed u cin g   f alse n eg ativ es,  an d   i s   f u n d am en tal   f o r   class if icatio n   jo b s .   -   Sen s itiv ity   is   d ef in ed   as:     =   (  )   (  ) +    (  )   ( 3 )     w h e r e :   -   T r u p o s itiv es ( T P)  ar co r r ec t ly   id en tifie d   p o s itiv in s tan ce s ,   -   Fals n eg ativ es ( FN)   ar p o s itiv in s tan ce s   in co r r ec tly   i d en ti f ied   as n eg ativ e.   -   Sp ec if icity   ( T ) ,   o r   tr u e   n e g ativ r ate ,   is   an   ess en tial  s tatis t ic  in   f r au d   d etec tio n ,   f ac ilit at in g   th e   p r ec is id en tific atio n   o f   n eg ativ ca s e s   an d   m in im izin g   f alse p o s itiv es,  esp ec ially   in   s cr ee n in g   test s .     =   (  )   (  ) +    (  )   ( 4 )     W h e r e :   -   T r u n e g ativ es ( T N)   ar c o r r e ctly   id en tifie d   n e g ativ in s tan ce s ,   -   Fals p o s itiv es ( FP )   ar n eg ativ in s tan ce s   in co r r ec tly   i d en ti f ied   as p o s itiv e .   -   Dice   l o s s   is   m ath em atica l   f o r m u la   th at  o p tim izes  th e   D ice  co ef f icien in   s eg m e n tatio n   task s   b y   p en alizin g   m o d els f o r   l o o v e r lap   b etwe en   p r ed icted   a n d   g r o u n d   t r u th   s eg m e n ts .   Dice   lo s s :     = 1 2 | | | | + | |   ( 5 )     w h er e:  T h n o t ati o n   is   s im ilar   to   th Dice   co ef f icien t b u t o p ti m ized   f o r   g r ad ie n t - b ased   lear n in g .     4 . 3 .   I ns t ruct io n   T h 3 U - Net+ m o d el  em p l o y s   d en s s k ip   co n n ec tio n s ,   c o m p o s ite  lo s s   f u n ctio n s ,   ca llb ac k s ,   an d   r eg u lar izatio n   to   en h a n ce   s eg m en tatio n   ac cu r ac y   an d   g en e r aliza tio n .   E v alu ated   o n   test   s et,   it e n s u r es p r ec is e   d elin ea tio n   o f   tu m o r   s u b r e g io n s   wh ile  m ain tain in g   s p atial  a n d   co n tex tu al  in teg r ity .   Ver tic al  s k ip   co n n ec tio n s   an d   3 D   co n v o lu tio n s   f ac ilit ate  ef f ec tiv in f o r m atio n   f lo w   an d   v o lu m etr ic  f ea tu r r ete n tio n ,   m a k in g   th e   ar ch itectu r well - s u ited   f o r   ac cu r ate  b r ain   tu m o r   s eg m en tati o n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Op timiz a tio n   o f g lio ma   s eg me n ta tio n   u s in g   3 U - N et++   in   MRI   s u r g ica l p la n n in g   …  ( A h med   B o u n e g ta )   803   5.   CO M P UT I NG   E XP E R I M E NT S   T h is   r esear ch   f o c u s es  o n   th s p ec if ic  m eth o d o lo g y   f o r   co m p letely   au t o m ated   s eg m en ta tio n   s tu d ies   o f   b r ai n   tu m o r s   u s in g   th U - N et+ 3 m o d el .   T h e   p r o ce s s   f o llo ws :   Data   Pre p ar atio n   an d   T r ain in g   C o n f ig u r atio n   f o r   MRI  Seg m en tatio n   Utilizin g   3 U - Ne t++ :   MRI   v o lu m es   ar e   p r ep r o ce s s ed ,   an d   u s er - p r o v id ed   an n o tatio n s   m ar k   in itial  t u m o r   r e g io n s   to   g u id s eg m e n tatio n .   Data   au g m en tatio n   tech n iq u es  lik r o tatio n   an d   s ca lin g   ex p an d   d ataset  d iv er s ity   wh ile  p r eser v in g   an n o tatio n   ac cu r ac y .   3 D   U - Net+ m o d el  with   s k ip   c o n n ec tio n s   is   tr ai n ed   u s in g   Dice   a n d   c r o s s - en tr o p y   l o s s es  to   b o o s t   s eg m en tatio n   p er f o r m a n ce   a n d   m in im ize  o v er f itti n g .   User   f ee d b ac k   v ia  ca llb ac k s   allo ws  r ef in em en o f   co m p lex   s lices,  f u r th er   im p r o v in g   m o d el  ac cu r ac y ,   wh ich   i s   as s ess ed   u s in g   Dice ,   s en s it i v ity ,   an d   p r ec is io n   m etr ics to   h ig h lig h t t h b en e f i ts   o f   s em i - au to m atio n   i n   m ar k ed   ar ea s .   Vis u aliza tio n   to o ls   d is p lay   M R I   d ata  u s ed   f o r   d ee p   lear n in g - b ased   b r ain   tu m o r   s eg m en tati o n ,   aid in g   p r ec is tu m o r   b o u n d ar y   id en t if icatio n   an d   p r eo p er ativ p la n n in g   f o r   in d iv id u al  p atien ts .   T h co d r etr iev es   m u ltip le  MRI  m o d alities   ( FL AI R ,   T 1 ,   T 1 ce ,   T 2 )   s ca n s ,   al o n g   with   g r o u n d   tr u th   s eg m en tatio n   m ask   f o r   a   s in g le  p atien in   Fig u r 2 ,   ca s ( B r aT S2 0 _ T r ain in g _ 0 0 1 ) .   Usi n g   th NiB ab el   lib r ar y ,   th co d r ea d s   ea ch   MRI  s ca n   in .   n ii f o r m at  an d   e x tr ac ts   its   d ata  as a   3 n u m p y   ar r ay .           Fig u r 2 I ll u s tr atio n   o f   d if f er e n t M R I   m o d alities   f o r   s in g le   p atien t c ase  ( B r aT S2 0 _ T r ain i n g _ 0 0 1 )       5 .1 .   F o f urt her  a na ly s is   o f   t he  r esu lt ing   i m a g es,  o f   t he  s im ula t ed  c o de  s equence   T h e   An im ated   Vis u aliza tio n   p r esen ted   in   Fig u r es  3   an d   4   ill u s tr ates  MRI  d ata  em p lo y e d   f o r   tr ain in g   d ee p   lear n in g   m o d els  in   b r ai n   tu m o r   s eg m en tatio n .   T h is   d y n am ic,   lay er - by - lay e r   GI v iv id ly   s h o wca s es  th e   th r ee - d im en s io n al  s p atial  r elatio n s h ip s   am o n g   an ato m ical  s tr u ctu r es,  o f f er i n g   an   in tu itiv u n d er s tan d in g   o f   co m p lex   b r ai n   m o r p h o lo g y .   B y   en h an cin g   th v is ib ilit y   o f   tu m o r   b o u n d ar ies  an d   ad jace n tis s u es,  th e   v is u aliza tio n   s ig n if ican tly   co n tr ib u tes  to   im p r o v i n g   s eg m en t atio n   ac cu r ac y   a n d   s u p p o r ts   m o r ef f ec tiv p r e - o p er ativ p la n n in g   an d   cli n ical  d ec is io n - m ak in g .           Fig u r 3 I n ter ac tiv r e p r esen t atio n   o f   c r o s s - s ec tio n s   in   3 D   v o lu m ( GI F)           Fig u r 4 .   B r ain _ v o lu m e . g if '   f o r   th f ir s t sli ce   ( 0 0 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 2 6 :   7 9 8 - 80 8   804   T h f o llo win g   g r a p h ic  s h o ws  Plo t_ r o v is u aliza tio n ,   wh ich   h elp s   r esear ch er s   u n d er s tan d   b r ain   s ca n   r ep r esen tatio n s   th at  h ig h lig h t   th p r esen ce   o f   tu m o r s   ( Fig u r e   5 ) ,   ch ec k   s eg m en tatio n   a cc u r ac y ,   an d   r ef in e   m o d els   f o r   b etter   clin ical  o u tc o m es.   T h m o d el' s   tr ain in g   h is to r y   was  u s ed   to   e v alu ate  its   s eg m en tatio n   p e r f o r m an ce ,   id en tif y   tr en d s ,   an d   ass es s   s tab ili ty .   Key   in d icato r s   wer ex am in ed   to   u n d er s tan d   th ad ap tatio n   o f   th m o d el  d u r in g   t r ain in g .   T h e   m o d el' s   b eh av io r   was  co m p ar ed   o n   tr ain in g   an d   v alid atio n   d atasets   to   en s u r its   g en er aliza b ilit y   f o r   n ew  an d   u n p u b lis h ed   d ata ,   in   Fig u r 6 .           Fig u r 5 Var io u s   r ep r esen tati o n s   o f   th b r ain   s ca n   ( s p atial  lo ca tio n   an d   b o u n d a r ies o f   th tu m o r )           Fig u r 6 T r ain in g   a n d   v alid atio n   m etr ics f o r   tu m o r   s eg m en ta tio n   m o d el       I n   th e   ca s b elo w,   t h co d e   im p o r ts   MRI  s ca n s ,   g r o u n d   tr u th   s eg m e n tatio n   m ask s ,   an d   m o d el  p r ed ictio n s ,   d is p lay in g   th em   in   s ix   im ag es  s u b p lo t,  a n d   it  m ay   u tili ze   s h o wPr ed i ctsB y I d   f o r   p atien co m p ar is o n s   as  s h o wn   in   Fig u r 7 .   T h is   p lo c o n tain s   two   s u b p lo ts :   T h le f o n s h o ws  th r esized   g r o u n d   tr u th   f o r   t h s p ec if ied   class   an d   s lice,   t h r ig h t   s u b p lo t   d is p l ay s   th p r ed icted   s eg m en tatio n   f o r   th e   s am class   an d   s lice  ( in   th is   ca s th 4 0 th   s lice  an d   th ev alu atio n   class   ar s et  to   2   ( C OR E   r eg io n   o f   th tu m o r ) ,   in   Fig u r 8 .           Fig u r 7 T u m o r   s eg m en tatio n   in   MRI:  o r ig in al  s ca n ,   g r o u n d   tr u th ,   an d   p r ed icted   s u b r eg io n s   f o r   ed em a,     co r e,   an d   en h a n cin g   t u m o r   r eg io n s   ( m atr i x   s ize : 1 2 0 × 1 2 0 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Op timiz a tio n   o f g lio ma   s eg me n ta tio n   u s in g   3 U - N et++   in   MRI   s u r g ica l p la n n in g   …  ( A h med   B o u n e g ta )   805       Fig u r 8 Su b p lo ts   id en tify   th e   g r o u n d   tr u th   an d   th p r ed icte d   class   ( m atr i x   s ize:  1 2 0 x 1 2 0 )       6.   SI M UL A T I O R E S UL T S   T h 3 D   U - N et+ m o d el   a ch ie v es   s u p er io r   s e g m e n ta ti o n   ac c u r ac y ,   wit h   a   p ar tic u l a r l y   l o w   lo s s   v al u e   ( 0 . 0 1 4 6 )   c o m p a r e d   t o   s ta n d a r d   U - N et   a n d   De ep - M ed ic   [ 3 ] ,   [ 3 2 ] ,   h i g h   p r e cisi o n   ( 0 . 9 9 5 1 )   a n d   Me an I o U   ( 0 . 8 2 8 6 ) ,   i n d ic ati n g   r eli ab le   v o x el   c ate g o r iz ati o n   a n d   r e m a r k a b l o v e r l ap   w it h   b a c k g r o u n d   s e g m en tat io n s .   I ts   Dice   c o e f f ici e n o f   0 . 6 4 5 2   c o m b in e d   wit h   h i g h   a cc u r a cy   ( 0 . 9 9 5 1 )   a n d   s p ec i f i cit y   ( 0 . 9 9 8 4 ) ,   r ef l ec ts   e f f ici e n t   an d   cli n i ca ll y   r elia b le  s eg m e n ta ti o n ,   p a r t ic u la r l y   f o r   r e g i o n s   o f   n ec r o ti h ea r t   a n d   e d e m a .   I n   a d d iti o n ,   th e   m o d el' s   h ig h   s e n s it iv it y   ( 0 . 9 9 3 7 )   u n d e r li n es   its   e f f ec ti v e n ess   i n   d e tec ti n g   t u m o r   ca s es.  Dic s co r es  f o r   s u b r eg io n s   c o n f i r m   t h at  3 D   U - Net+ o u t p e r f o r m s   o t h e r   m o d els  i n   f ea t u r e   e x t r a cti o n   an d   b o u n d a r y   d e li n e ati o n   in   T ab le   2 .       T ab le  2 C o m p a r ativ p er f o r m an ce   m etr ics o f   th r ee - d im e n s io n al  s eg m en tatio n   m o d els f o r   m ed ical  im ag in g   P r o t o t y p e   C o n v e n t i o n a l     U - N e t   [ 1 8 ] ,   [ 2 6 ]   P r o t o t y p e   C o n v e n t i o n a l   U - N e t   [ 1 8 ] ,   [ 2 6 ]   P r o t o t y p e   C o n v e n t i o n a l   U - N e t   [ 1 8 ] ,   [ 2 6 ]   Lo ss   0 . 0 2 5 4   0 . 0 1 9 6   0 . 0 2 2 3   0 . 0 1 8 1   0 . 0 1 4 6   A c c u r a c y   0 . 9 8 7 5   0 . 9 9 1 2   0 . 9 8 9 0   0 . 9 9 2 8   0 . 9 9 5 1   M e a n I o U   0 . 7 8 5 2   0 . 8 0 8 3   0 . 7 9 2 0   0 . 8 1 8 9   0 . 8 2 8 6   D i c e   c o e f f i c i e n t   0 . 6 0 5 2   0 . 6 2 3 8   0 . 6 1 6 5   0 . 6 4 5 7   0 . 6 4 5 2   P r e c i s i o n   0 . 9 8 3 1   0 . 9 8 8 5   0 . 9 8 5 9   0 . 9 9 0 7   0 . 9 9 5 3   S e n s i t i v i t y   0 . 9 7 8 4   0 . 9 8 4 3   0 . 9 8 2 1   0 . 9 8 7 3   0 . 9 9 3 7   S p e c i f i c i t y   0 . 9 9 5 4   0 . 9 9 6 7   0 . 9 9 5 9   0 . 9 9 7 2   0 . 9 9 8 4   D i c e   ( n e c r o t i c   c o r e )   0 . 6 2 0 4   0 . 6 4 5 3   0 . 6 3 0 9   0 . 6 5 8 3   0 . 6 5 7 3   D i c e   ( e d e ma)   0 . 7 0 5 1   0 . 7 3 2 1   0 . 7 2 1 8   0 . 7 4 8 0   0 . 7 5 0 2   D i c e   ( e n h a n c i n g   c o r e )   0 . 6 9 0 2   0 . 7 1 0 5   0 . 7 0 0 4   0 . 7 2 5 6   0 . 7 3 4 1       7.   DIS CU SS I O N   T h 3 U - Net+ m o d el  d em o n s tr ates  s u p er io r   p e r f o r m an ce   in   au to m ated   b r ain   tu m o r   s eg m en tatio n ,   co n s is ten tly   o u tp er f o r m in g   o t h er   m o d els  ac r o s s   k ey   m etr ic s   s u ch   as  lo s s ,   ac cu r ac y ,   Me an   I n ter s ec tio n   o v er   Un io n   ( Me an I o U) ,   p r ec is io n ,   s en s itiv ity ,   an d   s p ec if icity .   I ac h iev ed   th lo west  lo s s   ( 0 . 0 1 4 6 )   an d   th h ig h est  ac cu r ac y   ( 0 . 9 9 5 1 ) ,   in d icatin g   r em ar k ab le  r eliab ilit y   in   s eg m en tin g   b r ai n   tu m o r s .   T h Me an I o s co r e   o f   0 . 8 2 8 6   h ig h lig h ts   its   p r o f icien cy   in   ac cu r ately   d elin ea tin g   t u m o r   b o u n d a r ies,  wh ich   is   ess en tial  f o r   e f f ec tiv e   s u r g ical  p lan n i n g .   Dice   c o ef f i cien ts   f o r   cr itical  tu m o r   s u b r eg io n s ,   0 . 6 5 7 3   f o r   th e   n ec r o t ic  co r e,   0 . 7 5 0 2   f o r   ed em a,   an d   0 . 7 3 4 1   f o r   th e n h an cin g   co r e ,   f u r th er   d em o n s tr ate  th m o d el’ s   ab ilit y   t o   id e n tify   an d   s eg m en t   clin ically   r elev an ar ea s .   Hig h   s en s itiv ity   ( 0 . 9 9 3 7 )   e n s u r es  th at  tu m o r   r eg i o n s   ar co r r ec tly   id en tifie d ,   m in im izin g   r esid u al  tu m o r   r is k ,   wh ile  h ig h   s p ec if icity   ( 0 . 9 9 8 4 )   r e d u ce s   f alse  p o s itiv es,  p r eser v in g   h ea lth y   tis s u e.   T h ese  r esu lt s   h av s i g n if ican im p licatio n s   f o r   s u r g ical  p lan n in g   an d   p atien s af ety .   T h m o d el’ s   en h an ce d   ac c u r ac y   en a b les  n eu r o s u r g e o n s   to   m ak m o r in f o r m e d   d ec is io n s ,   m ax im izi n g   tu m o r   r esectio n   wh ile  m in im izin g   d am ag e   to   h ea lth y   b r ain   s tr u ct u r es - an   es p ec ially   cr iti ca f ac to r   in   co m p lex   ca s es  n ea r   v ital   b r ain   r eg io n s .   Au to m atio n   o f   th s eg m en tatio n   p r o ce s s   also   allev iates  clin ician s   wo r k lo a d ,   allo win g   f aster   an d   m o r e   ef f icien s u r g ical   p lan n i n g ,   wh ich   ca n   lea d   to   im p r o v ed   p atien t   o u tc o m es  th r o u g h   tim ely   in ter v en tio n s .   Fro m   p atien t   s af ety   p er s p ec tiv e,   th m o d el’ s   h ig h   s en s itiv ity   an d   s p ec if icity   h elp   r ed u ce   s u r g ical  co m p licatio n s   a n d   th r is k   o f   n eu r o lo g ical  d ef icit s   b y   p r ev en tin g   in a d v er ten t   r em o v al  o f   h ea lth y   tis s u e.   Ov er all,   3 D   U - Net+ s u p p o r ts   p er s o n alize d ,   h ig h - q u ality   ca r b y   en ab lin g   p r ec is an d   r eliab le  tu m o r   d elin ea tio n   tailo r ed   to   ea ch   p a tien t’ s   u n iq u a n ato m y .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 2 6 :   7 9 8 - 80 8   806   8 .   CO NCLU SI O N     T h au to m ated   s eg m e n tatio n   o f   g lio m s u b r e g io n s   f r o m   m u ltimo d al  MRI  v o lu m es  is   p r o p o s ed   i n   th is   p ap er   u s in g   an   ad v an ce d   3 U - Net+ co n v o lu tio n al  n e u r al  n etwo r k .   Fo u r   MRI  s eq u en ce s   ( T 1 ,   T 1 - Gd ,   T 2 ,   an d   FLAI R )   ar u s ed   in   th p r o ce d u r e;  th ese  ar n o r m alize d ,   co - r eg is ter ed ,   a n d   r e s am p led   to   im p r o v e   f ea tu r ex tr ac tio n   an d   g u a r an t ee   d ata  co n s is ten cy .   T h m o d el  is   tr ain ed   u s in g   c o m p o s it lo s s   f u n ctio n   th at  co m b in es  Dice   lo s s   an d   Fo c al  lo s s   to   ad d r ess   class   im b a lan ce   an d   en h a n ce   s eg m e n tatio n   ac cu r ac y .   T h is   allo ws   f o r   r o b u s lear n in g   f r o m   b o t h   c h allen g in g   an d   well - class if ied   v o x els.  T h e   3 D   U - Net+ ar ch itectu r e   in co r p o r ates  d ee p   s u p er v is io n   an d   d e n s s k ip   co n n ec tio n s ,   wh ich   en ab le  p r ec is d elin ea tio n   o f   co m p le x   tu m o r   b o u n d a r ies,  s u ch   as  n e cr o tic  co r e,   e d em a,   an d   en h a n cin g   tu m o r   r e g io n s .   T h B r a T 2 0 2 0   d ataset  is   u s ed   to   tr ain   an d   ass ess   th m o d el.   I o u tp e r f o r m s   tr ad itio n al  U - Net  an d   Dee p Me d ic  m o d els  with   r em ar k ab l y   lo lo s s   v alu ( 0 . 0 1 4 6 ) ,   Dice   c o ef f icien o f   0 . 6 4 5 2 ,   an   ac c u r ac y   o f   0 . 9 9 5 1 ,   an d   s p ec if icity   o f   0 . 9 9 8 4 .   T h ese  f in d i n g s   s h o w   th at,   wh ile  p r eser v in g   co m p u tatio n al  ef f icien c y   an d   ad a p tab ilit y   to   d iv e r s tu m o r   p r esen tatio n s ,   th in c o r p o r ati o n   o f   an   o p tim ized   lo s s   f u n ctio n   in to   th 3 U - Net+ f r am ewo r k   p r o v id es  r o b u s an d   d e p en d ab le  s eg m en tatio n   o f   g lio m s u b r eg io n s ,   aid s   clin ical  d ec is io n - m ak in g   in   n eu r o s u r g ical  p lan n i n g ,   a n d   le s s en s   th n ee d   f o r   m an u al  a n n o tatio n .       9 .   CH AL L E NG E S AN F U T URE WO RK   F u tu r r esear ch   ca n   b en ef it  f r o m   en h a n ce d   tr ain i n g   s tr ateg i es  th at  lev er ag co n s is ten tly   an n o tated   d atasets   s u ch   as  B r aT S2 0 2 1   f o r   b r ain   t u m o r   s eg m en tatio n   an d   AM OS  f o r   ab d o m in al   o r g a n   d elin ea tio n ,   wh ich   ar e   cr itical  f o r   im p r o v in g   s eg m en tatio n   ac cu r ac y   in   c o m p lex   tr a n s itio n al  r eg io n s .   Fu r th e r m o r e,   in teg r atin g   d o m ain - ad a p tiv e   tr ain in g ,   m u lti - r eso lu tio n   in p u ts ,   an d   h y b r id   a r ch itect u r es  with   atten tio n   m ec h an is m s   m ay   s ig n if ica n tly   r ef in e   b o u n d a r y   ac c u r ac y .   No tab ly ,   lev er a g in g   U - Net+ +’ s   n ested   an d   d en s e   s k ip   co n n ec tio n s   en h an ce s   f ea tu r r eu s ab ilit y   an d   r ed u ce s   s em an tic  g ap s   b etwe en   en co d er   an d   d ec o d er ,   lead in g   to   s u p er io r   ac cu r a cy   an d   o v er la p   with   g r o u n d   tr u th   m ask s .   C o m b in i n g   U - Ne t++   with   p o wer f u l   b ac k b o n en co d er s   lik E f f icien tNet  ca n   f u r th er   b o o s p er f o r m a n ce   b y   e x tr ac tin g   r ich er   m u lti - s ca le  co n tex tu al  f ea tu r es  with   f ewe r   p ar am eter s ,   th er e b y   im p r o v i n g   s eg m en tatio n   p r ec is io n ,   b o u n d a r y   s h ar p n ess ,   an d   g e n er aliza tio n   ac r o s s   d iv er s clin ical  d atasets .       ACK NO WL E DG M E N T S   T h is   wo r k   was  f in an cially   s u p p o r ted   b y   th e   Gen er al  Dir ec to r ate  o f   Scien tific   R esear ch   an d   T ec h n o lo g ical  Dev elo p m e n ( DGRS DT )   u n d er   th au t h o r ity   o f   th e   Min is tr y   o f   Hig h er   E d u ca tio n   an d   Scien tific   R esear ch   ( ME S R S )   an d   s p o n s o r e d   b y   th L a b o r ato r y   o f   I n f o r m atio n   an d   T elec o m m u n icatio n s   T ec h n o lo g ies o f   th Facu lty   o f   T ec h n o lo g y ,   M o h am m e d   T A HR I   Un iv er s ity - B ec h ar .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Ah m ed   B o u n e g ta                               Mu s tap h Kh elif i                               Mo h am m ed   B elad g h am                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   T h au th o r s   d ec lar th at  th ey   h av n o   k n o wn   f in a n cial,   p er s o n al,   o r   p r o f ess io n al  co n f licts     o f   in ter est   th at  co u ld   h av in f lu en ce d   th wo r k   p r esen ted   in   th is   p a p er .   All  co n tr i b u tio n s   wer m a d e   o b jectiv ely   an d   in d e p en d e n tly .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Op timiz a tio n   o f g lio ma   s eg me n ta tio n   u s in g   3 U - N et++   in   MRI   s u r g ica l p la n n in g   …  ( A h med   B o u n e g ta )   807   RE F E R E NC E S   [ 1 ]   B .   H .   M e n z e   e t   a l . ,   T h e   m u l t i m o d a l   b r a i n   t u mo r   i m a g e   s e g m e n t a t i o n   b e n c h m a r k   ( B R A TS) ,   I EEE   T ra n s a c t i o n s   o n   Me d i c a l   I m a g i n g ,   v o l .   3 4 ,   n o .   1 0 ,   p p .   1 9 9 3 2 0 2 4 ,   O c t .   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T M I . 2 0 1 4 . 2 3 7 7 6 9 4 .   [ 2 ]   S .   B a k a e t   a l . ,   A d v a n c i n g   t h e   c a n c e r   g e n o me  a t l a g l i o ma  M R I   c o l l e c t i o n w i t h   e x p e r t   s e g me n t a t i o n   l a b e l a n d   r a d i o mi c   f e a t u r e s,   S c i e n t i f i c   D a t a ,   v o l .   4 ,   n o .   1 ,   p .   1 7 0 1 1 7 ,   S e p .   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / sd a t a . 2 0 1 7 . 1 1 7 .   [ 3 ]   R .   A .   Ze i n e l d i n ,   M .   E.   K a r a r ,   O .   B u r g e r t ,   a n d   F .   M a t h i s - U l l r i c h ,   M u l t i mo d a l   C N N   n e t w o r k f o r   b r a i n   t u mo r   seg m e n t a t i o n   i n   M R I :   a   B r a TS   2 0 2 2   c h a l l e n g e   s o l u t i o n ,   i n   L e c t u re   N o t e s   i n   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   1 3 7 6 9   LN C S ,   2 0 2 3 ,   p p .   1 2 7 1 3 7 .     d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 031 - 3 3 8 4 2 - 7 _ 1 1 .   [ 4 ]   M .   A d e w o l e   e t   a l . ,   T h e   b r a i n   t u mo r   se g me n t a t i o n   ( B r a TS)   c h a l l e n g e   2 0 2 3 :   g l i o ma   se g m e n t a t i o n   i n   s u b - sa h a r a n   A f r i c a   p a t i e n t   p o p u l a t i o n   ( B r a TS - A f r i c a ) ,   ArXi v .   M a y   3 0 ,   2 0 2 3 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / w w w . n c b i . n l m . n i h . g o v / p u b m e d / 3 7 3 9 6 6 0 8 % 0 A h t t p : / / w w w . p u b m e d c e n t r a l . n i h . g o v / a r t i c l e r e n d e r . f c g i ? a r t i d = P M C 1 0 3 1 2 8 1 4   [ 5 ]   A .   W .   M o a w a d   e t   a l . ,   T h e   b r a i n   t u m o r   s e g m e n t a t i o n   ( B r a TS - M ETS )   c h a l l e n g e   2 0 2 3 :   b r a i n   m e t a st a si s   seg m e n t a t i o n   o n     p re - t r e a t m e n t   M R I .   2 0 2 3 .   d o i :   1 0 . 5 9 2 7 5 / j . m e l b a . 2 0 2 5 - 9 b d 3 .   [ 6 ]   M .   C .   d e   V e r d i e r   e t   a l . ,   T h e   2 0 2 4   b r a i n   t u mo r   s e g me n t a t i o n   ( B r a TS)   ch a l l e n g e :   g l i o m a   se g me n t a t i o n   o n   p o s t - t r e a t me n t   M R I .   2 0 2 4 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s / 2 4 0 5 . 1 8 3 6 8   [ 7 ]   A .   C r i mi ,   L.   D o d e r o ,   F .   S a m b a t a r o ,   V .   M u r i n o ,   a n d   D .   S o n a ,   S t r u c t u r a l l y   c o n s t r a i n e d   e f f e c t i v e   b r a i n   c o n n e c t i v i t y ,   N e u ro I m a g e v o l .   2 3 9 ,   p .   1 1 8 2 8 8 ,   O c t .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . n e u r o i ma g e . 2 0 2 1 . 1 1 8 2 8 8 .   [ 8 ]   S .   B a k a e t   a l . ,   I d e n t i f y i n g   t h e   b e s t   m a c h i n e   l e a r n i n g   a l g o r i t h m f o r   b r a i n   t u m o r   s e g me n t a t i o n ,   p r o g r e ssi o n   a sses sme n t ,   a n d   o v e r a l l   s u r v i v a l   p r e d i c t i o n   i n   t h e   B R A TS  ch a l l e n g e .   2 0 1 9 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s/ 1 8 1 1 . 0 2 6 2 9   [ 9 ]   S .   B a u e r ,   R .   W i e st ,   L.   P .   N o l t e ,   a n d   M .   R e y e s,   A   su r v e y   o f   M R I - b a sed   me d i c a l   i ma g e   a n a l y si s   f o r   b r a i n   t u m o r   st u d i e s,     Ph y s i c s   i n   Me d i c i n e   a n d   B i o l o g y ,   v o l .   5 8 ,   n o .   1 3 ,   p p .   R 9 7 R 1 2 9 ,   J u l .   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 0 0 3 1 - 9 1 5 5 / 5 8 / 1 3 / R 9 7 .   [ 1 0 ]   F .   I s e n s e e ,   P .   F .   J ä g e r ,   P .   M .   F u l l ,   P .   V o l l m u t h ,   a n d   K .   H .   M a i e r - H e i n ,   n n U - N e t   f o r   b r a i n   t u m o r   s e g m e n t a t i o n ,     L e c t u r e   N o t e s   i n   C o m p u t e r   S c i e n c e   ( i n c l u d i n g   s u b s e r i e s   L e c t u r e   N o t e s   i n   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   L e c t u r e   N o t e s   i n   B i o i n f o r m a t i c s ) v o l .   1 2 6 5 9   L N C S .   p p .   1 1 8 1 3 2 ,   2 0 2 1 .   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 0 3 0 - 7 2 0 8 7 - 2 _ 1 1 .   [ 1 1 ]   P .   Li ,   W .   W u ,   L.   Li u ,   F .   M i c h a e l   S e r r y ,   J .   W a n g ,   a n d   H .   H a n ,   A u t o m a t i c   b r a i n   t u m o r   s e g m e n t a t i o n   f r o m   m u l t i p a r a me t r i c   M R I   b a s e d   o n   c a sc a d e d   3 D   U - N e t   a n d   3 D   U - N e t + + ,   Bi o m e d i c a l   S i g n a l   Pr o c e ssi n g   a n d   C o n t ro l ,   v o l .   7 8 ,   p .   1 0 3 9 7 9 ,   S e p .   2 0 2 2 ,     d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . b s p c . 2 0 2 2 . 1 0 3 9 7 9 .   [ 1 2 ]   Y .   Z h a n g ,   X .   Li u ,   S .   W a ,   Y .   Li u ,   J.  K a n g ,   a n d   C .   L v ,   G e n U - N e t + + :   a n   a u t o m a t i c   i n t r a c r a n i a l   b r a i n   t u m o r se g m e n t a t i o n   a l g o r i t h o n   3 D   i m a g e   ser i e s   w i t h   h i g h   p e r f o r ma n c e ,   S y m m e t ry ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 2 ,   p .   2 3 9 5 ,   D e c .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s y m1 3 1 2 2 3 9 5 .   [ 1 3 ]   Ö .   Ç i ç e k ,   A .   A b d u l k a d i r ,   S .   S .   L i e n k a m p ,   T .   B r o x ,   a n d   O .   R o n n e b e r g e r ,   3 D   U - n e t :   L e a r n i n g   d e n s e   v o l u m e t r i c   s e g m e n t a t i o n   f r o m   s p a r s e   a n n o t a t i o n ,   i n   L e c t u r e   N o t e s   i n   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   9 9 0 1   L N C S ,   2 0 1 6 ,   p p .   4 2 4 - 4 3 2 .   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 319 - 4 6 7 2 3 - 8 _ 4 9 .   [ 1 4 ]   X .   G u a n   e t   a l . ,   3 D   A G S E - V N e t :   a n   a u t o m a t i c   b r a i n   t u m o r   M R I   d a t a   se g men t a t i o n   f r a mew o r k ,   BM C   Me d i c a l   I m a g i n g ,   v o l .   2 2 ,   n o .   1 ,   p .   6 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s 1 2 8 8 0 - 0 2 1 - 0 0 7 2 8 - 8.   [ 1 5 ]   J.  C a o ,   J.  L i u ,   a n d   J.  C h e n ,   A   b r a i n   t u m o r   se g m e n t a t i o n   met h o d   b a se d   o n   a t t e n t i o n   me c h a n i sm ,   S c i e n t i f i c   R e p o rt s ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 ,   p .   1 5 2 2 9 ,   A p r .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 9 8 - 0 2 5 - 9 8 3 5 5 - 8.   [ 1 6 ]   G .   Li t j e n e t   a l . ,   A   s u r v e y   o n   d e e p   l e a r n i n g   i n   me d i c a l   i m a g e   a n a l y si s ,   Me d i c a l   I m a g e   An a l y si s ,   v o l .   4 2 ,   p p .   6 0 8 8 ,   D e c .   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . m e d i a . 2 0 1 7 . 0 7 . 0 0 5 .   [ 1 7 ]   F .   I sen see ,   C .   U l r i c h ,   T.   W a l d ,   a n d   K .   H .   M a i e r - H e i n ,   Ex t e n d i n g   n n U - N e t   i s   a l l   y o u   n e e d .   A u g .   2 3 ,   2 0 2 2 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s/ 2 2 0 8 . 1 0 7 9 1   [ 1 8 ]   F .   I sen se e   e t   a l . ,   n n U - N e t   R e v i s i t e d :   A   C a l l   f o r   R i g o r o u s   V a l i d a t i o n   i n   3 D   M e d i c a l   I mag e   S e g me n t a t i o n .   J u l .   2 5 ,   2 0 2 4 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s/ 2 4 0 4 . 0 9 5 5 6   [ 1 9 ]   D .   V e i g a - C a n u t o   e t   a l . ,   C o m p a r a t i v e   m u l t i c e n t r i c   e v a l u a t i o n   o f   i n t e r - o b s e r v e r   v a r i a b i l i t y   i n   m a n u a l   a n d   a u t o m a t i c   s e g m e n t a t i o n   o f   n e u r o b l a st i c   t u m o r s   i n   m a g n e t i c   r e s o n a n c e   i m a g e s ,   C a n c e rs ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 5 ,   p .   3 6 4 8 ,   J u l .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / c a n c e r s 1 4 1 5 3 6 4 8 .   [ 2 0 ]   F .   I sen se e   e t   a l . ,   n n U - N e t :   s e l f - a d a p t i n g   f r a mew o r k   f o r   U - N e t - b a se d   m e d i c a l   i m a g e   se g me n t a t i o n .   S e p .   2 7 ,   2 0 1 8 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s / 1 8 0 9 . 1 0 4 8 6   [ 2 1 ]   K .   K u n d a l ,   K .   V .   R a o ,   A .   M a j u m d a r ,   N .   K u mar,  a n d   R .   K u mar,  C o m p r e h e n si v e   b e n c h m a r k i n g   o f   C N N - b a se d   t u m o r   seg m e n t a t i o n   m e t h o d s   u si n g   m u l t i m o d a l   M R I   d a t a ,   C o m p u t e rs   i n   B i o l o g y   a n d   Me d i c i n e ,   v o l .   1 7 8 ,   p .   1 0 8 7 9 9 ,   A u g .   2 0 2 4 ,     d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o m p b i o me d . 2 0 2 4 . 1 0 8 7 9 9 .   [ 2 2 ]   N .   A y u b ,   M .   W a q a I q b a l ,   M .   U .   S a l e e m,  M .   N .   A mi n ,   O .   I mr a n ,   a n d   H .   K h a n ,   S p e c t r u o f   e n g i n e e r i n g   sc i e n c e e f f i c i e n t   M L   t e c h n i q u e   f o r   b r a i n   t u m o r   se g me n t a t i o n ,   a n d   d e t e c t i o n ,   b a s e d   o n   M R I   sca n u si n g   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 ( C N N s)   S p e c t r u m   o f   E n g i n e e r i n g   S c i e n c e s,   Sp e c t r u m   o f   En g i n e e ri n g   S c i e n c e s ,   v o l .   3 ,   n o .   3 ,   p p .   1 8 6 2 1 3 ,   2 0 2 5 .   [ 2 3 ]   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 m e d i c a l   i ma g e   s e g m e n t a t i o n .   M a y   1 8 ,   2 0 1 5 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s/ 1 5 0 5 . 0 4 5 9 7   [ 2 4 ]   K .   K a m n i t sas   e t   a l . ,   Ef f i c i e n t   m u l t i - s c a l e   3 D   C N N   w i t h   f u l l y   c o n n e c t e d   C R F   f o r   a c c u r a t e   b r a i n   l e s i o n   se g me n t a t i o n ,     Me d i c a l   I m a g e   A n a l y s i s ,   v o l .   3 6 ,   p p .   6 1 7 8 ,   F e b .   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . m e d i a . 2 0 1 6 . 1 0 . 0 0 4 .   [ 2 5 ]   J.  N o d i r o v ,   A .   B .   A b d u sa l o mo v ,   a n d   T.   K .   W h a n g b o ,   A t t e n t i o n   3 D   U - N e t   w i t h   mu l t i p l e   s k i p   c o n n e c t i o n s   f o r   se g me n t a t i o n   o f   b r a i n   t u mo r   i ma g e s ,   S e n s o rs ,   v o l .   2 2 ,   n o .   1 7 ,   p .   6 5 0 1 ,   A u g .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 2 1 7 6 5 0 1 .   [ 2 6 ]   K .   X u ,   M .   Zh a n g ,   S .   J e g e l k a ,   a n d   K .   K a w a g u c h i ,   O p t i m i z a t i o n   o f   g r a p h   n e u r a l   n e t w o r k s:   i mp l i c i t   a c c e l e r a t i o n   b y   sk i p   c o n n e c t i o n s a n d   m o r e   d e p t h ,   i n   I n t e r n a t i o n a l   c o n f e re n c e   o n   m a c h i n e   l e a rn i n g ,   2 0 2 1 ,   p p .   1 1 5 9 2 1 1 6 0 2 .   [ 2 7 ]   B .   B a h e t i   e t   a l . ,   T h e   b r a i n   t u m o r   s e q u e n c e   r e g i s t r a t i o n   ( B r a T S - R e g )   c h a l l e n g e :   e s t a b l i s h i n g   c o r r e s p o n d e n c e   b e t w e e n   p r e - o p e r a t i v e   a n d   f o l l o w - u p   M R I   s c a n s   o f   d i f f u s e   g l i o ma   p a t i e n t s .   A p r .   1 7 ,   2 0 2 1 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s / 2 1 1 2 . 0 6 9 7 9   [ 2 8 ]   J.  E.   H .   R i v e r a   e t   a l . ,   A n   e n sem b l e   a p p r o a c h   f o r   b r a i n   t u m o r   se g men t a t i o n   a n d   s y n t h e si s .   N o v .   2 6 ,   2 0 2 4 .   [ O n l i n e ] .     A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s / 2 4 1 1 . 1 7 6 1 7   [ 2 9 ]   F .   K o f l e r   e t   a l . ,   B r a TS   T o o l k i t :   Tr a n sl a t i n g   B r a TS   b r a i n   t u mo r   s e g me n t a t i o n   a l g o r i t h ms  i n t o   c l i n i c a l   a n d   sc i e n t i f i c   p r a c t i c e ,   Fro n t i e rs  i n   N e u ro s c i e n c e ,   v o l .   1 4 ,   A p r .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 8 9 / f n i n s. 2 0 2 0 . 0 0 1 2 5 .   [ 3 0 ]   S .   K a ssa m,  A .   M a r k h a m,  K .   V o ,   Y .   R e v a n a k a r a ,   M .   La m ,   a n d   K .   Z h u ,   I n t r a o p e r a t i v e   g l i o ma   se g m e n t a t i o n   w i t h   Y O LO   +   S A M   f o r   i m p r o v e d   a c c u r a c y   i n   t u mo r   r e se c t i o n .   A u g .   2 7 ,   2 0 2 4 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s / 2 4 0 8 . 1 4 8 4 7   [ 3 1 ]   A .   I l h a n ,   B .   S e k e r o g l u ,   a n d   R .   A b i y e v ,   B r a i n   t u m o r   s e g m e n t a t i o n   i n   M R I   i ma g e s   u s i n g   n o n p a r a m e t r i c   l o c a l i z a t i o n   a n d   e n h a n c e me n t   m e t h o d s   w i t h   U - n e t ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   C o m p u t e Ass i st e d   R a d i o l o g y   a n d   S u r g e ry ,   v o l .   1 7 ,   n o .   3 ,     p p .   5 8 9 6 0 0 ,   M a r .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 1 5 4 8 - 022 - 0 2 5 6 6 - 7.   [ 3 2 ]   A .   E .   O r h a n   a n d   X .   P i t k o w ,   S k i p   c o n n e c t i o n s   e l i m i n a t e   si n g u l a r i t i e s,   6 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   L e a r n i n g   R e p r e s e n t a t i o n s ,   I C L R   2 0 1 8   -   C o n f e r e n c e   T r a c k   Pr o c e e d i n g s .   M a r .   0 4 ,   2 0 1 8 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s/ 1 7 0 1 . 0 9 1 7 5       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.