We propose Region-wise (RW) loss for biomedical image segmentation. Region-wise loss is versatile, can simultaneously account for class imbalance and pixel importance, and it can be easily implemented as the pixel-wise multiplication between the softmax output and a RW map. We show that, under the proposed Region-wise loss framework, certain loss functions, such as Active Contour and Boundary loss, can be reformulated similarly with appropriate RW maps, thus revealing their underlying similarities and a new perspective to understand these loss functions. We investigate the observed optimization instability caused by certain RW maps, such as Boundary loss distance maps, and we introduce a mathematically-grounded principle to avoid such instability. This principle provides excellent adaptability to any dataset and practically ensures convergence without extra regularization terms or optimization tricks. Following this principle, we propose a simple version of boundary distance maps called rectified RW maps that, as we demonstrate in our experiments, achieve state-of-the-art performance with similar or better Dice coefficients and Hausdorff distances than Dice, Focal, and Boundary losses in three distinct segmentation tasks. We quantify the optimization instability provided by Boundary loss distance maps, and we empirically show that our rectified RW maps are stable to optimize. The code to run all our experiments is publicly available at: https://github.com/jmlipman/RegionWiseLoss.


翻译:我们提议在生物医学图像分割方面采取区域(RW)损失办法。区域(RW)损失是多方面的,可以同时反映等级不平衡和像素重要性,并且可以很容易地作为软max输出和RW地图之间的像素乘法。我们表明,根据拟议的区域(WW)损失框架,某些损失功能,如主动蒙光和边界损失,可以与适当的RW地图相似地重新拟订,从而揭示其内在相似之处和理解这些损失功能的新视角。我们调查某些RW地图(如边界损失距离图)所观察到的优化不稳定性,我们采用数学基础原则以避免这种不稳定性。该原则为任何数据集提供了极好的适应性,并且实际上确保了汇合,而没有额外的正规化条件或最优化的技巧。根据这一原则,我们提议了一个简单版本的边界距离地图,称为“主动光谱”和边界(RW)图,我们用类似或更好的Dice系数和Hausredorf 距离比Dice、Collodf 和边界损失三个不同的分块任务,我们用数学来量化最优化的不稳定性不稳定性,我们现有的边界地图是稳定的移动/RWAWILO),我们现有的地图和实验。我们用所有现有的地图,我们使用最稳定的流/ILODRWMLU。我们用来来进行最精确的地图。我们用来进行最精确的地图。

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