Deep learning is dramatically transforming the field of medical imaging and radiology, enabling the identification of pathologies in medical images, including computed tomography (CT) and X-ray scans. However, the performance of deep learning models, particularly in segmentation tasks, is often limited by the need for extensive annotated datasets. To address this challenge, the capabilities of weakly supervised semantic segmentation are explored through the lens of Explainable AI and the generation of counterfactual explanations. The scope of this research is development of a novel counterfactual inpainting approach (COIN) that flips the predicted classification label from abnormal to normal by using a generative model. For instance, if the classifier deems an input medical image X as abnormal, indicating the presence of a pathology, the generative model aims to inpaint the abnormal region, thus reversing the classifier's original prediction label. The approach enables us to produce precise segmentations for pathologies without depending on pre-existing segmentation masks. Crucially, image-level labels are utilized, which are substantially easier to acquire than creating detailed segmentation masks. The effectiveness of the method is demonstrated by segmenting synthetic targets and actual kidney tumors from CT images acquired from Tartu University Hospital in Estonia. The findings indicate that COIN greatly surpasses established attribution methods, such as RISE, ScoreCAM, and LayerCAM, as well as an alternative counterfactual explanation method introduced by Singla et al. This evidence suggests that COIN is a promising approach for semantic segmentation of tumors in CT images, and presents a step forward in making deep learning applications more accessible and effective in healthcare, where annotated data is scarce.


翻译:深度学习正在深刻变革医学影像与放射学领域,使计算机断层扫描(CT)和X光扫描等医学图像中病理特征的识别成为可能。然而,深度学习模型在分割任务中的性能常常受限于对大量标注数据集的需求。为应对这一挑战,本研究通过可解释人工智能与反事实解释生成的视角,探索了弱监督语义分割的能力。本研究旨在开发一种基于生成模型的反事实修复方法(COIN),通过将预测分类标签从异常翻转为正常来实现病理区域的分割。例如,当分类器判定输入医学图像X为异常(即存在病理特征)时,生成模型致力于修复异常区域,从而逆转分类器的原始预测标签。该方法无需依赖预分割掩膜即可生成精确的病理分割结果。关键在于,我们仅使用图像级标签——这类标签的获取难度远低于制作精细分割掩膜。通过在爱沙尼亚塔尔图大学医院采集的CT图像上对合成目标和真实肾脏肿瘤进行分割实验,验证了该方法的效果。结果表明,COIN方法显著优于RISE、ScoreCAM、LayerCAM等既定归因方法,以及Singla等人提出的另一种反事实解释方法。该证据表明,COIN是CT图像肿瘤语义分割的有效方法,并在标注数据稀缺的医疗领域推动了深度学习应用的便捷化与高效化进程。

0
下载
关闭预览

相关内容

图像修复(英语:Inpainting)指重建的图像和视频中丢失或损坏的部分的过程。例如在博物馆中,这项工作常由经验丰富的博物馆管理员或者艺术品修复师来进行。数码世界中,图像修复又称图像插值或视频插值,指利用复杂的算法来替换已丢失、损坏的图像数据,主要替换一些小区域和瑕疵。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
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
0+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年6月3日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
10+阅读 · 4月25日
多智能体协作机制
专知会员服务
10+阅读 · 4月25日
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
9+阅读 · 4月25日
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
8+阅读 · 4月25日
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
12+阅读 · 4月25日
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
16+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
13+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
6+阅读 · 4月24日
相关资讯
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
相关基金
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
0+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员