Expert interpretation of anatomical images of the human brain is the central part of neuro-radiology. Several machine learning-based techniques have been proposed to assist in the analysis process. However, the ML models typically need to be trained to perform a specific task, e.g., brain tumour segmentation or classification. Not only do the corresponding training data require laborious manual annotations, but a wide variety of abnormalities can be present in a human brain MRI - even more than one simultaneously, which renders representation of all possible anomalies very challenging. Hence, a possible solution is an unsupervised anomaly detection (UAD) system that can learn a data distribution from an unlabelled dataset of healthy subjects and then be applied to detect out of distribution samples. Such a technique can then be used to detect anomalies - lesions or abnormalities, for example, brain tumours, without explicitly training the model for that specific pathology. Several Variational Autoencoder (VAE) based techniques have been proposed in the past for this task. Even though they perform very well on controlled artificially simulated anomalies, many of them perform poorly while detecting anomalies in clinical data. This research proposes a compact version of the "context-encoding" VAE (ceVAE) model, combined with pre and post-processing steps, creating a UAD pipeline (StRegA), which is more robust on clinical data, and shows its applicability in detecting anomalies such as tumours in brain MRIs. The proposed pipeline achieved a Dice score of 0.642$\pm$0.101 while detecting tumours in T2w images of the BraTS dataset and 0.859$\pm$0.112 while detecting artificially induced anomalies, while the best performing baseline achieved 0.522$\pm$0.135 and 0.783$\pm$0.111, respectively.


翻译:对人体大脑解剖图象的专家解释是神经放射学的核心部分。提出了若干基于机器学习的技术,以协助分析过程。然而,ML模型通常需要经过培训才能执行特定任务,例如脑肿瘤分解或分类。相应的培训数据不仅需要人工手语说明,而且人体大脑中可能同时出现多种异常,甚至同时出现一种异常,使得所有可能的异常的表示都非常具有挑战性。因此,可能的解决办法是不受监督的异常值检测(UAAD)系统,可以从一个健康对象的未贴标签的内脏数据集中学习数据分布,然后用于检测分发样本中的数据。这种技术随后可以用来检测异常(例如,脑肿瘤),而没有明确培训该特定病理学模型。过去曾为这项任务提出了几种Variational Autencoder (VAE) 提议的技术。尽管它们表现得非常好的人工模拟异常值,许多它们表现得很差,同时在临床数据中检测到的变现变现时,这种变现数据在VA-VA-DD中也显示了一种混合的变现数据。

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