Recent advances have been made in applying convolutional neural networks to achieve more precise prediction results for medical image segmentation problems. However, the success of existing methods has highly relied on huge computational complexity and massive storage, which is impractical in the real-world scenario. To deal with this problem, we propose an efficient architecture by distilling knowledge from well-trained medical image segmentation networks to train another lightweight network. This architecture empowers the lightweight network to get a significant improvement on segmentation capability while retaining its runtime efficiency. We further devise a novel distillation module tailored for medical image segmentation to transfer semantic region information from teacher to student network. It forces the student network to mimic the extent of difference of representations calculated from different tissue regions. This module avoids the ambiguous boundary problem encountered when dealing with medical imaging but instead encodes the internal information of each semantic region for transferring. Benefited from our module, the lightweight network could receive an improvement of up to 32.6% in our experiment while maintaining its portability in the inference phase. The entire structure has been verified on two widely accepted public CT datasets LiTS17 and KiTS19. We demonstrate that a lightweight network distilled by our method has non-negligible value in the scenario which requires relatively high operating speed and low storage usage.


翻译:在应用进化神经网络以取得更精确的医学图像分割问题预测结果方面最近取得了进展。然而,现有方法的成功高度依赖巨大的计算复杂性和大规模储存,这在现实世界的情景中是不切实际的。为了解决这一问题,我们建议通过从训练有素的医疗图像分割网络中提取知识,以培养另一个轻量网络,从而提炼出一个高效的结构。这一结构使轻量网络在保持运行效率的同时,能够大大改进分解能力。我们进一步设计了一个为医学图像分割专门设计的新的蒸馏模块,将语义区域信息从教师网络转移到学生网络。它迫使学生网络模仿不同组织区域所计算的表述差异的程度。这个模块避免了在处理医学成像时遇到的模糊的边界问题,而没有将每个语义区域的内部信息编码用于转移。从我们的模块中受益,轻量网络可以在我们的实验中得到高达32.6%的改进,同时保持其在推论阶段的可移动性。我们通过两种被广泛接受的公众CT区域信息网络来验证整个结构。我们从两个被广泛接受的公用的数据转换为低级的存储率,这需要相对较高的存储速度的网络。

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