Domain generalization typically requires data from multiple source domains for model learning. However, such strong assumption may not always hold in practice, especially in medical field where the data sharing is highly concerned and sometimes prohibitive due to privacy issue. This paper studies the important yet challenging single domain generalization problem, in which a model is learned under the worst-case scenario with only one source domain to directly generalize to different unseen target domains. We present a novel approach to address this problem in medical image segmentation, which extracts and integrates the semantic shape prior information of segmentation that are invariant across domains and can be well-captured even from single domain data to facilitate segmentation under distribution shifts. Besides, a test-time adaptation strategy with dual-consistency regularization is further devised to promote dynamic incorporation of these shape priors under each unseen domain to improve model generalizability. Extensive experiments on two medical image segmentation tasks demonstrate the consistent improvements of our method across various unseen domains, as well as its superiority over state-of-the-art approaches in addressing domain generalization under the worst-case scenario.


翻译:一般化通常需要从多种来源领域获得数据,以便进行示范学习。然而,这种强有力的假设可能并不总是在实际中始终能够维持,特别是在数据共享高度关注的医疗领域,有时由于隐私问题而令人望而却步。本文研究一个重要而又具有挑战性的单一领域一般化问题,在最坏情况下学习了一个模型,只有一个来源领域可以直接推广到不同的看不见目标领域。我们提出了在医学图像分割方面解决这一问题的新办法,它提取和整合了医学图像分割先前的语义形状信息,这种信息在各领域之间互不相容,甚至可以从单一域数据中很好地获取,以便利分布变化中的分割。此外,还进一步设计了具有双重一致性规范的试验时间适应战略,以促进将这些形状动态地纳入每个看不见的领域,从而改进模型的通用性。关于两个医学图像分割任务的广泛实验表明,我们的方法在各种无形领域都得到了一致的改进,而且其优于最坏情况下处理领域一般化问题的先进方法。

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