Within medical imaging segmentation, the Dice coefficient and Hausdorff-based metrics are standard measures of success for deep learning models. However, modern loss functions for medical image segmentation often only consider the Dice coefficient or similar region-based metrics during training. As a result, segmentation architectures trained over such loss functions run the risk of achieving high accuracy for the Dice coefficient but low accuracy for Hausdorff-based metrics. Low accuracy on Hausdorff-based metrics can be problematic for applications such as tumor segmentation, where such benchmarks are crucial. For example, high Dice scores accompanied by significant Hausdorff errors could indicate that the predictions fail to detect small tumors. We propose the Weighted Normalized Boundary Loss, a novel loss function to minimize Hausdorff-based metrics with more desirable numerical properties than current methods and with weighting terms for class imbalance. Our loss function outperforms other losses when tested on the BraTS dataset using a standard 3D U-Net and the state-of-the-art nnUNet architectures. These results suggest we can improve segmentation accuracy with our novel loss function.


翻译:在医学成像分块内,基于Dice系数和Hausdorf的计量标准是深层学习模型的成功标准衡量标准;然而,医学成像的现代损失功能往往只考虑Dice系数或类似的区域计量标准;因此,在医学成像分块内,为这种损失功能而培训的分块结构有达到Dice系数高精度但Hausdorf基指标低精度的风险。Hausdorf基指标的低精确度对于诸如肿瘤分块等应用可能存在问题,而肿瘤分块是关键因素。例如,高骰子分数加上重大的Hausdorf错误,可能表明预测无法检测小肿瘤。我们提议采用重心正常边界损失,这是一个新的损失函数,以比当前方法更可取的数字属性和阶级不平衡加权条件尽量减少Hausdorff基指标。我们的损失函数比在使用标准3D U-Net和最先进的nnUNet结构对BraTS数据集进行测试时,比其他损失损失高。这些结果显示,我们可以提高我们新损失函数的分度。

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