Moving towards clinical implementation of a deep-learning brain tumour segmentation algorithm: DICOM server integration
Abstract
Aim: This research project is part of a larger initiative where the aim is to develop a
software tool that supports radiologists by providing more accurate tumour volume measurements
on magnetic resonance imaging (MRI) scans. A specific aim within this larger
endeavour is to integrate a deep-learning algorithm for brain tumour segmentation with a
digital imaging and communications in medicine (DICOM) server.
Method: The DeepMedic segmentation model was trained and tested using the brain
tumour segmentation (BraTS) 2024 dataset, which included post-treatment glioma images
from four MRI sequences. The model was trained to accurately identify distinct tumour
regions. Orthanc was configured and used as a DICOM server to handle medical image
retrieval, storage, and reintegration. A Python-based pipeline, built using existing Python
packages and libraries, was developed to enable communication between DeepMedic and
Orthanc, facilitating automated segmentation and data management.
Result: The model was successfully trained on the BraTS 2024 dataset, without overfitting.
Testing with the saved model demonstrated its ability to accurately segment the
various tumour regions, as evaluated using the Dice similarity coefficient and the 95th
percentile of the Hausdorff distance (HD95). While the model performed well in most
cases, some discrepancies between regions were observed. An automated workflow integrates
DeepMedic with Orthanc. The user enters a study id, after which Orthanc retrieves
the corresponding DICOM series, converts, and prepares the images for DeepMedic. After
segmentation, the results are converted back to DICOM format and sent to Orthanc for
storage and availability for further use.
Conclusion: The project demonstrated the potential of the technical implementation
of a deep-learning-based brain tumour segmentation algorithm. However, further work
is needed to enhance the robustness of the pipeline and ensure its applicability across a
wider range of clinical settings before it can be tested on in-house clinical data.
Degree
Student essay
Other description
Syfte: Detta forskningsprojekt är en del av ett större initiativ där syftet är att utveckla
ett mjukvaruverktyg som kan ge beslutstöd åt radiologer genom mer exakta mätningar
av tumörvolymer på magnetresonanstomografi (MR)-undersökningar. Ett specifikt mål
inom detta större projekt är att integrera en algoritm för djupinlärning för semgentation
av hjärntumörer med en digital imaging and communications in medicine (DICOM)-server.
Material och metod: DeepMedics segmenteringsmodell tränades och testades med hjälp
av brain tumour segmentation (BraTS) 2024 dataset, som innehöll fyra MR-sekvenser.
Datasetet består av patienter med gliom, efter behandling. Modellen tränades för att
korrekt identifiera distinkta tumörregioner. Orthanc konfigurerades och användes som en
DICOM-server för att hantera hämtning, lagring och återintegrering av medicinska bilder.
En Python-baserad pipeline, byggd med hjälp av befintliga Python-paket och -bibliotek,
utvecklades för att möjliggöra kommunikation mellan DeepMedic och Orthanc, vilket underlättar
automatiserad segmentering och datahantering.
Resultat: Modellen tränades framgångsrikt på datasetet BraTS 2024, utan överanpassning.
Tester med den sparade modellen visade att den kunde segmentera de olika tumörregionerna
på ett korrekt sätt, vilket utvärderades med hjälp av Dice similarity coefficient och
den 95:e percentilen av Hausdorff-avståndet (HD95). Även om modellen fungerade bra i de
flesta fall observerades vissa avvikelser mellan regionerna. Ett automatiserat arbetsflöde
integrerar DeepMedic med Orthanc. Användaren anger ett studie-ID, varefter Orthanc
hämtar motsvarande DICOM-serie, konverterar och förbereder bilderna för DeepMedic.
Efter segmentering konverteras resultaten tillbaka till DICOM-format och skickas till Orthanc
för lagring och görs tillgängligt för vidare användning.
Slutsats: Projektet visade potentialen för den tekniska implementeringen av en algoritm
för segmentering av hjärntumörer baserad på djupinlärning. Ytterligare arbete krävs
dock för att förbättra robustheten i pipeline-processen och säkerställa dess tillämplighet i
ett bredare spektrum av kliniska miljöer innan den kan testas på interna kliniska data.
Collections
View/ Open
Date
2025-03-05Author
Liljas, Camilla
Keywords
Deep-learning
Brain tumour segmentation
DICOM server integration
Language
eng