Deep learning models usually suffer from domain shift issues, where models trained on one source domain do not generalize well to other unseen domains. In this work, we investigate the single-source domain generalization problem: training a deep network that is robust to unseen domains, under the condition that training data is only available from one source domain, which is common in medical imaging applications. We tackle this problem in the context of cross-domain medical image segmentation. Under this scenario, domain shifts are mainly caused by different acquisition processes. We propose a simple causality-inspired data augmentation approach to expose a segmentation model to synthesized domain-shifted training examples. Specifically, 1) to make the deep model robust to discrepancies in image intensities and textures, we employ a family of randomly-weighted shallow networks. They augment training images using diverse appearance transformations. 2) Further we show that spurious correlations among objects in an image are detrimental to domain robustness. These correlations might be taken by the network as domain-specific clues for making predictions, and they may break on unseen domains. We remove these spurious correlations via causal intervention. This is achieved by resampling the appearances of potentially correlated objects independently. The proposed approach is validated on three cross-domain segmentation tasks: cross-modality (CT-MRI) abdominal image segmentation, cross-sequence (bSSFP-LGE) cardiac MRI segmentation, and cross-center prostate MRI segmentation. The proposed approach yields consistent performance gains compared with competitive methods when tested on unseen domains.


翻译:深学习模式通常会受到领域转移问题的影响, 在一个源域内培训的模型通常不会很好地与其他隐蔽域相融合。 在这项工作中, 我们调查了单一源域一般化问题: 训练一个深层次网络, 这个网络对无形域来说是强健的, 条件是培训数据只能从一个源域内提供, 这是医学成像应用中常见的。 我们从跨面医学图象分割的角度来处理这个问题。 在这个假设中, 域转移主要是由不同的获取过程造成的。 我们提出一个简单的因果关系驱动的数据跨度增强方法, 以揭示一个综合域变换培训范例的分化模型。 具体地说, 1) 使深度模型对图像强度和纹理的差别性能进行强化, 我们使用一个随机加权浅色网络的组合。 它们利用不同的外观变形来增加培训图像。 2 我们进一步表明, 图像对象之间的模糊性关联性关联性关系对域图案进行测试时, 这些关联可能由网络作为特定域测测测测的线索, 它们可能会在隐形域内断断。 我们通过因因果关系干预而消除这些可疑的关联性关联性关联性关联性, 。 这是通过一个独立校正平段任务,,, 以独立校正平级图 。

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