Multimodal magnetic resonance imaging (MRI) provides complementary information for sub-region analysis of brain tumors. Plenty of methods have been proposed for automatic brain tumor segmentation using four common MRI modalities and achieved remarkable performance. In practice, however, it is common to have one or more modalities missing due to image corruption, artifacts, acquisition protocols, allergy to contrast agents, or simply cost. In this work, we propose a novel two-stage framework for brain tumor segmentation with missing modalities. In the first stage, a multimodal masked autoencoder (M3AE) is proposed, where both random modalities (i.e., modality dropout) and random patches of the remaining modalities are masked for a reconstruction task, for self-supervised learning of robust multimodal representations against missing modalities. To this end, we name our framework M3AE. Meanwhile, we employ model inversion to optimize a representative full-modal image at marginal extra cost, which will be used to substitute for the missing modalities and boost performance during inference. Then in the second stage, a memory-efficient self distillation is proposed to distill knowledge between heterogenous missing-modal situations while fine-tuning the model for supervised segmentation. Our M3AE belongs to the 'catch-all' genre where a single model can be applied to all possible subsets of modalities, thus is economic for both training and deployment. Extensive experiments on BraTS 2018 and 2020 datasets demonstrate its superior performance to existing state-of-the-art methods with missing modalities, as well as the efficacy of its components. Our code is available at: https://github.com/ccarliu/m3ae.


翻译:多式磁共振成像(MRI)为次区域脑肿瘤分析提供了补充性信息。 已经提出了使用四种常见的 MRI 模式进行脑肿瘤自动切除的多种方法,并取得了显著的性能。 然而,在实践中,由于图像腐败、人工制品、购置协议、对对比剂的过敏性或简单的成本等原因,通常缺少一种或多种模式。 在这项工作中,我们提议了一个新型的脑肿瘤分解双阶段框架,但缺少模式。 在第一阶段,提出了多式蒙面自动解析器(M3AE ), 随机模式(即模式退出) 和剩余模式的随机补丁, 以掩盖重建任务, 自我监督地学习强健的多式表达方式。 为此, 我们命名了我们的框架 M3AE。 同时, 我们使用模型来优化具有代表性的全式全式图象, 将用来取代缺失的模式, 并在推断期间提高性能。 在第二阶段, 将记忆高效的自我淡化模型应用自我淡化的自我淡化, 以显示我们现有的精度数据, 将它作为稳定的分解的分解模式。</s>

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