With the advent of digital scanners and deep learning, diagnostic operations may move from a microscope to a desktop. Hematoxylin and Eosin (H&E) staining is one of the most frequently used stains for disease analysis, diagnosis, and grading, but pathologists do need different immunohistochemical (IHC) stains to analyze specific structures or cells. Obtaining all of these stains (H&E and different IHCs) on a single specimen is a tedious and time-consuming task. Consequently, virtual staining has emerged as an essential research direction. Here, we propose a novel generative model, Structural Cycle-GAN (SC-GAN), for synthesizing IHC stains from H&E images, and vice versa. Our method expressly incorporates structural information in the form of edges (in addition to color data) and employs attention modules exclusively in the decoder of the proposed generator model. This integration enhances feature localization and preserves contextual information during the generation process. In addition, a structural loss is incorporated to ensure accurate structure alignment between the generated and input markers. To demonstrate the efficacy of the proposed model, experiments are conducted with two IHC markers emphasizing distinct structures of glands in the colon: the nucleus of epithelial cells (CDX2) and the cytoplasm (CK818). Quantitative metrics such as FID and SSIM are frequently used for the analysis of generative models, but they do not correlate explicitly with higher-quality virtual staining results. Therefore, we propose two new quantitative metrics that correlate directly with the virtual staining specificity of IHC markers.


翻译:随着数字扫描仪和深度学习技术的出现,诊断操作可能从显微镜转向桌面。苏木精-伊红(H&E)染色是疾病分析、诊断和分级中最常用的染色方法之一,但病理学家确实需要不同的免疫组织化学(IHC)染色来解析特定结构或细胞。在单一标本上获取所有这些染色(H&E和不同IHC)是一项繁琐且耗时的任务。因此,虚拟染色已成为一个重要的研究方向。本文提出了一种新颖的生成模型——结构循环生成对抗网络(SC-GAN),用于从H&E图像合成IHC染色,反之亦然。我们的方法明确地将边缘形式的结构信息(除颜色数据外)纳入模型,并仅在所提出的生成器模型的解码器中采用注意力模块。这种整合增强了特征定位,并在生成过程中保留了上下文信息。此外,引入了结构损失以确保生成标记与输入标记之间的精确结构对齐。为证明该模型的有效性,我们使用两种强调结肠腺体不同结构的IHC标记进行了实验:上皮细胞核(CDX2)和细胞质(CK818)。定量指标如FID和SSIM常用于生成模型分析,但它们并未与更高质量的虚拟染色结果直接相关。因此,我们提出了两种与IHC标记虚拟染色特异性直接相关的新定量指标。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2022年3月18日
VIP会员
最新内容
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
专知会员服务
0+阅读 · 59分钟前
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
0+阅读 · 今天16:52
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
5+阅读 · 今天7:44
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:28
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:18
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:03
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
6+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
10+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员