Robust semantic segmentation of intraoperative image data could pave the way for automatic surgical scene understanding and autonomous robotic surgery. Geometric domain shifts, however, although common in real-world open surgeries due to variations in surgical procedures or situs occlusions, remain a topic largely unaddressed in the field. To address this gap in the literature, we (1) present the first analysis of state-of-the-art (SOA) semantic segmentation networks in the presence of geometric out-of-distribution (OOD) data, and (2) address generalizability with a dedicated augmentation technique termed "Organ Transplantation" that we adapted from the general computer vision community. According to a comprehensive validation on six different OOD data sets comprising 600 RGB and hyperspectral imaging (HSI) cubes from 33 pigs semantically annotated with 19 classes, we demonstrate a large performance drop of SOA organ segmentation networks applied to geometric OOD data. Surprisingly, this holds true not only for conventional RGB data (drop of Dice similarity coefficient (DSC) by 46 %) but also for HSI data (drop by 45 %), despite the latter's rich information content per pixel. Using our augmentation scheme improves on the SOA DSC by up to 67 % (RGB) and 90 % (HSI) and renders performance on par with in-distribution performance on real OOD test data. The simplicity and effectiveness of our augmentation scheme makes it a valuable network-independent tool for addressing geometric domain shifts in semantic scene segmentation of intraoperative data. Our code and pre-trained models will be made publicly available.


翻译:鲁棒的手术内部图像数据的语义分割可以为自动手术场景理解和自主机器人手术铺平道路。然而,几何域偏移尽管在真实世界的开放手术中由于手术程序或位点阻塞的变化很常见,但在该领域仍然未得到广泛关注。为了填补文献中的这一空白,我们(1)在几何域分布不均(OOD)数据的存在下提出了最先进(SOA)语义分割网络的首次分析,(2)利用一个专用的增强技术来解决全面性问题,该技术被称为“器官移植”,该技术被我们从通用计算机视觉社区中进行了调整。根据对六个不同的OOD数据集进行的全面验证,这些数据集包含600个RGB和高光谱成像(HSI)立方体,来自33头猪的19类标注语义,我们证明了应用于几何OOD数据的SOA器官分割网络的性能大大降低。令人惊讶的是,这不仅适用于传统的RGB数据(Dice相似性系数(DSC)下降了46%),也适用于HSI数据(下降了45%),尽管后者每像素具有丰富的信息内容。我们使用的增强方案可以使RGB和HSI的SOA DSC性能提高至67%和90%,在真实OOD测试数据上的性能与在分布内的性能相当。我们的增强方案的简单和有效使其成为处理手术内数据的语义场景分割中的几何域移位的宝贵的网络独立工具。我们的代码和预训练模型将公开。

0
下载
关闭预览

相关内容

【泡泡汇总】CVPR2019 SLAM Paperlist
泡泡机器人SLAM
14+阅读 · 2019年6月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
TorchSeg:基于pytorch的语义分割算法开源了
极市平台
20+阅读 · 2019年1月28日
深度学习医学图像分析文献集
机器学习研究会
19+阅读 · 2017年10月13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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月6日
W-net: Bridged U-net for 2D Medical Image Segmentation
Arxiv
19+阅读 · 2018年7月12日
VIP会员
相关VIP内容
相关基金
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员