Recently, deep learning has achieved remarkable successes in medical image analysis. Although deep neural networks generate clinically important predictions, they have inherent uncertainty. Such uncertainty is a major barrier to report these predictions with confidence. In this paper, we propose a novel yet simple Bayesian inference approach called SoftDropConnect (SDC) to quantify the network uncertainty in medical imaging tasks with gliomas segmentation and metastases classification as initial examples. Our key idea is that during training and testing SDC modulates network parameters continuously so as to allow affected information processing channels still in operation, instead of disabling them as Dropout or DropConnet does. When compared with three popular Bayesian inference methods including Bayes By Backprop, Dropout, and DropConnect, our SDC method (SDC-W after optimization) outperforms the three competing methods with a substantial margin. Quantitatively, our proposed method generates results withsubstantially improved prediction accuracy (by 10.0%, 5.4% and 3.7% respectively for segmentation in terms of dice score; by 11.7%, 3.9%, 8.7% on classification in terms of test accuracy) and greatly reduced uncertainty in terms of mutual information (by 64%, 33% and 70% on segmentation; 98%, 88%, and 88% on classification). Our approach promises to deliver better diagnostic performance and make medical AI imaging more explainable and trustworthy.


翻译:最近,深层学习在医学图像分析方面取得了显著的成功。虽然深神经网络产生了临床重要预测,但它们具有内在的不确定性。这种不确定性是令人有信心地报告这些预测的一个主要障碍。在本文中,我们提出一种创新而简单的巴伊斯推断法,叫做SoftDropconnect(SDC),以量化医学成像任务中的网络不确定性,以显微镜分割和转移分类为初步例子。我们的主要想法是,在培训和测试SDC调节网络参数时,持续地调整网络参数,以便允许受影响的信息处理渠道继续运作,而不是像丢弃或丢弃时那样使其无法运作。与三种流行的巴伊斯推断法相比,包括Bayes Bayes Backprop, Droppout, 和 Dropp Connect(SDC-W,在优化后)比三种竞合方法高出了相当大的余地。从数量上看,我们建议的方法产生的结果与可相当的预测准确性分类方法(在医疗分级评方面分别提高了10.0%、5.4%和3.7 %;以11.7%、3.9%、8.7%和98分级的准确度计算,降低了的精确度减少了我们的数据数据。

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