Fugu-MT 論文翻訳(概要): Bayesian Uncertainty Estimation by Hamiltonian Monte Carlo: Applications to Cardiac MRI Segmentation

論文の概要: Bayesian Uncertainty Estimation by Hamiltonian Monte Carlo: Applications to Cardiac MRI Segmentation

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.02311v1
Date: Mon, 4 Mar 2024 18:47:56 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2024-03-06 17:37:43.835333
Title: Bayesian Uncertainty Estimation by Hamiltonian Monte Carlo: Applications to Cardiac MRI Segmentation
Title（参考訳）: Hamiltonian Monte Carlo によるベイズ不確かさの推定 : 心臓MRIセグメントへの応用
Authors: Yidong Zhao, Joao Tourais, Iain Pierce, Christian Nitsche, Thomas A. Treibel, Sebastian Weing\"artner, Artur M. Schweidtmann, Qian Tao
Abstract要約: 最近の研究では、ディープニューラルネットワーク(DNN)が誤解され、過信され、"サイレント障害"につながることが示されている。我々はハミルトン・モンテカルロ(HMC)による医療データ拡張のためのフレームワークを提案し,HMC-CPと命名した。
参考スコア（独自算出の注目度）: 3.1986724976299588
License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: Deep learning (DL)-based methods have achieved state-of-the-art performance for a wide range of medical image segmentation tasks. Nevertheless, recent studies show that deep neural networks (DNNs) can be miscalibrated and overconfident, leading to "silent failures" that are risky} for clinical applications. Bayesian statistics provide an intuitive approach to DL failure detection, based on posterior probability estimation. However, Bayesian DL, and in particular the posterior estimation, is intractable for large medical image segmentation DNNs. To tackle this challenge, we propose a Bayesian learning framework by Hamiltonian Monte Carlo (HMC), tempered by cold posterior (CP) to accommodate medical data augmentation, named HMC-CP. For HMC computation, we further propose a cyclical annealing strategy, which captures both local and global geometries of the posterior distribution, enabling highly efficient Bayesian DNN training with the same computational budget requirements as training a single DNN. The resulting Bayesian DNN outputs an ensemble segmentation along with the segmentation uncertainty. We evaluate the proposed HMC-CP extensively on cardiac magnetic resonance image (MRI) segmentation, using in-domain steady-state free precession (SSFP) cine images as well as out-of-domain datasets of quantitative $T_1$ and $T_2$ mapping.
Abstract（参考訳）: 深層学習(DL)に基づく手法は,幅広い医用画像分割作業において最先端のパフォーマンスを達成した。しかし、最近の研究では、ディープニューラルネットワーク(DNN)が誤診され、過信され、臨床応用の「サイレント障害」につながることが示されている。ベイズ統計は、後続確率推定に基づくDL故障検出に対する直感的なアプローチを提供する。しかし,大容量の医用画像分割DNNではベイズDL,特に後方推定が困難である。この課題に対処するため,ハミルトン・モンテカルロ(HMC)によるベイズ学習フレームワークを提案する。さらに,HMC計算において,局所的および大域的な分布のジオメトリを捕捉し,単一のDNNをトレーニングするのと同じ計算予算でベイズDNN訓練を効率的に行うことができる循環型アニール方式を提案する。その結果、ベイズDNNは、セグメンテーションの不確実性とともにアンサンブルセグメンテーションを出力する。提案したHMC-CPは、SSFPシネ画像と、定量的なT_1$およびT_2$マッピングの外部データセットを用いて、心臓磁気共鳴画像(MRI)セグメンテーションに基づいて広範囲に評価した。

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