Purpose: Advances in deep learning have resulted in effective models for surgical video analysis; however, these models often fail to generalize across medical centers due to domain shift caused by variations in surgical workflow, camera setups, and patient demographics. Recently, object-centric learning has emerged as a promising approach for improved surgical scene understanding, capturing and disentangling visual and semantic properties of surgical tools and anatomy to improve downstream task performance. In this work, we conduct a multi-centric performance benchmark of object-centric approaches, focusing on Critical View of Safety assessment in laparoscopic cholecystectomy, then propose an improved approach for unseen domain generalization. Methods: We evaluate four object-centric approaches for domain generalization, establishing baseline performance. Next, leveraging the disentangled nature of object-centric representations, we dissect one of these methods through a series of ablations (e.g. ignoring either visual or semantic features for downstream classification). Finally, based on the results of these ablations, we develop an optimized method specifically tailored for domain generalization, LG-DG, that includes a novel disentanglement loss function. Results: Our optimized approach, LG-DG, achieves an improvement of 9.28% over the best baseline approach. More broadly, we show that object-centric approaches are highly effective for domain generalization thanks to their modular approach to representation learning. Conclusion: We investigate the use of object-centric methods for unseen domain generalization, identify method-agnostic factors critical for performance, and present an optimized approach that substantially outperforms existing methods.


翻译:目的:深度学习的最新进展已为手术视频分析提供了有效模型;然而,由于手术流程、摄像头设置和患者群体差异导致的域偏移,这些模型常无法在医疗中心间泛化。近期,以对象为中心的学习作为提升手术场景理解的一种有前景的方法出现,其通过捕获并解耦手术器械与解剖结构的视觉及语义属性,改善下游任务性能。本研究针对腹腔镜胆囊切除术中的安全关键视图评估,开展多中心对象中心方法性能基准测试,并提出一种面向未知域泛化的改进方法。方法:我们评估四种对象中心方法在域泛化中的性能,建立基线基准。随后,利用对象中心表征的解耦特性,通过一系列消融实验(如下游分类中忽略视觉或语义特征)剖析其中一种方法。最终基于消融结果,开发一种专为域泛化优化的方法LG-DG,其包含一种新颖的解耦损失函数。结果:优化方法LG-DG较最佳基线方法提升9.28%。更广泛而言,研究表明对象中心方法因其表征学习的模块化特性,在域泛化中表现出高度有效性。结论:我们探究对象中心方法在未知域泛化中的应用,识别影响性能的方法无关关键因素,并提出一种显著优于现有方法的优化方案。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
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
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
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
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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
Arxiv
10+阅读 · 2022年3月18日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17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
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
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
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
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员