Uncertainty in medical image segmentation is inherently non-uniform, with boundary regions exhibiting substantially higher ambiguity than interior areas. Conventional training treats all pixels equally, leading to unstable optimization during early epochs when predictions are unreliable. We argue that this instability hinders convergence toward Pareto-optimal solutions and propose a region-wise curriculum strategy that prioritizes learning from certain regions and gradually incorporates uncertain ones, reducing gradient variance. Methodologically, we introduce a Pareto-consistent loss that balances trade-offs between regional uncertainties by adaptively reshaping the loss landscape and constraining convergence dynamics between interior and boundary regions; this guides the model toward Pareto-approximate solutions. To address boundary ambiguity, we further develop a fuzzy labeling mechanism that maintains binary confidence in non-boundary areas while enabling smooth transitions near boundaries, stabilizing gradients, and expanding flat regions in the loss surface. Experiments on brain metastasis and non-metastatic tumor segmentation show consistent improvements across multiple configurations, with our method outperforming traditional crisp-set approaches in all tumor subregions.


翻译:医学图像分割中的不确定性本质上是不均匀的,边界区域表现出比内部区域显著更高的模糊性。传统训练方法对所有像素一视同仁,导致在预测不可靠的早期训练阶段出现不稳定的优化过程。我们认为这种不稳定性阻碍了模型向帕累托最优解的收敛,并提出一种区域渐进式课程学习策略,该策略优先从确定性区域学习,并逐步纳入不确定性区域,从而降低梯度方差。在方法上,我们提出一种帕累托一致性损失函数,通过自适应重塑损失曲面并约束内部区域与边界区域之间的收敛动态,来平衡区域不确定性之间的权衡;这引导模型逼近帕累托最优解。为处理边界模糊问题,我们进一步开发了一种模糊标注机制,该机制在非边界区域保持二元置信度的同时,允许边界附近实现平滑过渡,从而稳定梯度并扩展损失曲面中的平坦区域。在脑转移瘤与非转移性肿瘤分割任务上的实验表明,我们的方法在多种配置下均取得稳定提升,在所有肿瘤子区域的分割性能均优于传统的清晰集方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

《图神经网络不确定性》最新综述
专知会员服务
28+阅读 · 2024年3月13日
因果推断在医药图像的应用:数据缺失和数据不匹配
专知会员服务
58+阅读 · 2022年4月2日
专知会员服务
50+阅读 · 2021年8月28日
专知会员服务
116+阅读 · 2021年1月11日
「PPT」深度学习中的不确定性估计
专知
27+阅读 · 2019年7月20日
你的算法可靠吗? 神经网络不确定性度量
专知
40+阅读 · 2019年4月27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
5+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
1+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
0+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
1+阅读 · 2014年12月31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
1+阅读 · 59分钟前
多智能体协作机制
专知会员服务
0+阅读 · 今天13:26
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
4+阅读 · 今天4:39
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
6+阅读 · 今天2:48
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
9+阅读 · 今天2:43
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
7+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
8+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
14+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
10+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
5+阅读 · 4月24日
相关资讯
「PPT」深度学习中的不确定性估计
专知
27+阅读 · 2019年7月20日
你的算法可靠吗? 神经网络不确定性度量
专知
40+阅读 · 2019年4月27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
5+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
1+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
0+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
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员