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論文LT会_論文紹介(CU-Net)
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taashi
July 30, 2019
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論文LT会_論文紹介(CU-Net)
taashi
July 30, 2019
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Transcript
論⽂紹介 CU-Net: Cascaded U-Net with Loss Weighted Sampling for Brain
Tumor Segmentation (https://arxiv.org/abs/1907.07677) @taashi_s
▪概要 ・脳腫瘍のセグメンテーション⽤に、 U-Netをベースにしたネットワーク構造(Cascaded U-Net)を提案。 ・不均衡データに対する問題を排除するために、 Loss Weighted Sampling (LWS)というスキームを提案。 ・BraTS
2017のデータで実験し、従来⼿法より、セグメンテーション感度が良いことを⽰した。
▪脳腫瘍診断について ・T1強調MRI (T1) 今回ターゲットにしているのは、神経腫瘍。 神経腫瘍の診断には、以下のようなMRI画像を使⽤する。(らしい) ・T2強調MRI(T2)、ガドリニウム造影剤を添加したT1強調MRI(T1ce) ・ガドリニウム造影剤を添加したT1強調MRI(T1ce) ・Fluid Attenuated Inversion
Recovery(FLAIR) 参照 : https://www.researchgate.net/figure/An-estimated-map-for-tumor-infiltration-from-preoperative-MRIs-Top-row-preoperative_fig3_323503123
▪参考論⽂ ・Brain tumor segmentation with deep neural networks. 2つの異なるスケールで特徴抽出するための2経路のCNNの提案 ・Automatic
brain tumor segmen- tation using cascaded anisotropic convolutional neural networks. 脳腫瘍の階層に従った3重カスケードフレームワークの提案 ・Multi-task fully convolutional network for brain tumour segmentation. 腫瘍の構造の階層的関係のためのツリー構造FCNの提案 ・Boundary-aware fully convolutional network for brain tumor segmentation. 境界認識⽤FCN(BFCN)と、タスク別学習⽤のブランチ作成の提案 ・Dilated convolutions for brain tumor segmentation in mri scans. 残差ネットワーク(DRN)の拡張とプーリングの放棄の提案 ・U-net:Convolutionalnetworksforbiomedical image segmentation. マルチレベルで融合させるスキップコネクションを使ったU字型ネットワーク(U-Net)の提案 ・Automatic brain tumor detection and segmentation using u-net based fully convolutional networks. U-Netでの不均衡データへの対策のためにソフトダイスロスの使⽤の提案
▪ネットワーク構造 ・U-Netを2つ並べた形 ・前半のU-Netで、腫瘍と背景の分離 ・後半のU-Netで、腫瘍の内部の細分化 ・2つのネット間で同じレベルでconcat ・各レベルのCNNでは、残差ネットを利⽤ ・各レベルのデコーダの出⼒を 補助教師(補助特徴マップ?)として使⽤ •勾配消失に対する3つの対策
▪LWS(Loss Weighted Sampling) ・ネガポジのサンプリングの極端な不均衡への対処⽅ ・クロスエントロピー誤差関数に、重みを追加 : バッチ数 : チャンネル数 :
画像の⻑さ(⾼さ?) : 画像の幅 : one-hotラベル : 推論された確率 : ピクセルの損失の重み •ネットワーク全体の損失関数 : 加重係数 : 正則化項 : U-Net1(前半)の損失 : U-Net2(後半)の損失 : 各補助教師での損失
▪LWS(Loss Weighted Sampling) •損失の重み は、それぞれMRI画像を4つの領域(⿊背景、正常部分の脳、腫瘍、腫瘍輪郭)に分けたもの。 は、ハイパーパラメータで、1以上の値。(=腫瘍輪郭の重要度?) は、確率 で をランダムサンプリングして得る2値⾏列。 •
の設定 U-Net1(前半) U-Net2(後半) 0 0 0 1 1 1 1 は、 のピクセル数。 は、1以上の値で、ネガポジの割合で調整する。
▪実験 ・BraTS 2017を使⽤ •データセット High-gradeの腫瘍 : Low-gradeの腫瘍 = 210 :
75 この内、High-gradeのみ使⽤し、Train : Valid : Test = 126 : 42 : 42 とした。 ピクセル単位に、壊死(NCR), 浮腫(ED), 増強腫瘍(ET), その他のラベル付けを⾏った ・DataAugmentationには、ランダム回転とランダムフリップを採⽤ •学習条件 Optimizer Learning rate SGD with momentum(0.9) 10#$から始めて 10epoch毎に 1/10⼩さくする (下限 : 10#%) 0.1から始めて 10epoch毎に 1/10⼩さくする (下限 : 10#$) 5 * 10#& 2 1.5
▪結果 ・腫瘍全体(WT), 腫瘍核(TC), 増強腫瘍(ET)それぞれに対して、Dice係数, 感度, 特異度を測定
▪感想 ・輪郭を輪郭クラスとして定義して覚えさせるのは、使えそう。 ・セグメンテーションした対象が階層構造になるようなものには転⽤できるかも。 例えば、顔のパーツごとのセグメンテーションとか? ・ショートカット接続は、やっぱり強い(?) ・中間の出⼒を使ってloss計算して、それを割合で混ぜるのは、別のネットワークでも実験してみたい。
ご静聴ありがとうございました。