Segmentation masks of pathological areas are useful in many medical applications, such as brain tumour and stroke management. Moreover, healthy counterfactuals of diseased images can be used to enhance radiologists' training files and to improve the interpretability of segmentation models. In this work, we present a weakly supervised method to generate a healthy version of a diseased image and then use it to obtain a pixel-wise anomaly map. To do so, we start by considering a saliency map that approximately covers the pathological areas, obtained with ACAT. Then, we propose a technique that allows to perform targeted modifications to these regions, while preserving the rest of the image. In particular, we employ a diffusion model trained on healthy samples and combine Denoising Diffusion Probabilistic Model (DDPM) and Denoising Diffusion Implicit Model (DDIM) at each step of the sampling process. DDPM is used to modify the areas affected by a lesion within the saliency map, while DDIM guarantees reconstruction of the normal anatomy outside of it. The two parts are also fused at each timestep, to guarantee the generation of a sample with a coherent appearance and a seamless transition between edited and unedited parts. We verify that when our method is applied to healthy samples, the input images are reconstructed without significant modifications. We compare our approach with alternative weakly supervised methods on IST-3 for stroke lesion segmentation and on BraTS2021 for brain tumour segmentation, where we improve the DICE score of the best competing method from $0.6534$ to $0.7056$.


翻译:病理区域的分割掩膜在众多医学应用中具有重要价值,例如脑肿瘤与脑卒中的临床管理。此外,病变图像的健康反事实可用于丰富放射科医师培训资料,并提升分割模型的可解释性。本研究提出一种弱监督方法,首先生成病变图像的健康版本,进而获取像素级异常图谱。具体而言,我们从基于ACAT方法获取的近似覆盖病理区域的显著性图出发,提出一种能对上述区域进行靶向修改同时保留图像其余部分的技术。我们采用在健康样本上训练的扩散模型,在采样过程的每个步骤中结合去噪扩散概率模型(DDPM)与去噪扩散隐式模型(DDIM)。DDPM用于修改显著性图内受病灶影响的区域,而DDIM则确保对正常解剖结构的重建。两个模块在每个时间步进行融合,以生成外观连贯的样本,并实现编辑区域与未编辑区域的无缝过渡。实验验证表明,当该方法应用于健康样本时,输入图像在无显著修改的情况下得以重建。我们针对IST-3数据集上的卒中病灶分割任务与BraTS2021数据集上的脑肿瘤分割任务,将本方法与替代弱监督方法进行对比,使最优竞争方法的DICE得分从0.6534提升至0.7056。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
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
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
0+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
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
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
37+阅读 · 2021年8月2日
VIP会员
最新内容
论文 | OmniScientist:全模态全学科AI科学家
专知会员服务
4+阅读 · 8月16日
无人机已改变战场,但并未解决指挥问题
专知会员服务
8+阅读 · 8月14日
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
12+阅读 · 8月11日
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
10+阅读 · 8月10日
相关资讯
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
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
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
0+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
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
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