論文の概要: Skeleton Recall Loss for Connectivity Conserving and Resource Efficient Segmentation of Thin Tubular Structures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.03010v2
• Date: Wed, 17 Jul 2024 10:46:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-18 22:19:21.760597
• Title: Skeleton Recall Loss for Connectivity Conserving and Resource Efficient Segmentation of Thin Tubular Structures
• Title（参考訳）: 細管構造の接続性と資源効率を考慮したスケルトンリコール損失
• Authors: Yannick Kirchhoff, Maximilian R. Rokuss, Saikat Roy, Balint Kovacs, Constantin Ulrich, Tassilo Wald, Maximilian Zenk, Philipp Vollmuth, Jens Kleesiek, Fabian Isensee, Klaus Maier-Hein,
• Abstract要約: 容器、神経、道路、コンクリートクラックなどの細い管状構造を正確に分断することは、コンピュータビジョンにおいて重要な課題である。 DiceやCross-Entropyのような標準的なディープラーニングベースのセグメンテーション損失関数は、しばしば構造的な接続性やトポロジーを犠牲にしてオーバーラップに焦点を当てる。 我々は,GPUベースの計算を低コストなCPU操作で回避し,これらの課題を効果的に解決する新しいSkeleton Recall Lossを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0710692923459804
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Accurately segmenting thin tubular structures, such as vessels, nerves, roads or concrete cracks, is a crucial task in computer vision. Standard deep learning-based segmentation loss functions, such as Dice or Cross-Entropy, focus on volumetric overlap, often at the expense of preserving structural connectivity or topology. This can lead to segmentation errors that adversely affect downstream tasks, including flow calculation, navigation, and structural inspection. Although current topology-focused losses mark an improvement, they introduce significant computational and memory overheads. This is particularly relevant for 3D data, rendering these losses infeasible for larger volumes as well as increasingly important multi-class segmentation problems. To mitigate this, we propose a novel Skeleton Recall Loss, which effectively addresses these challenges by circumventing intensive GPU-based calculations with inexpensive CPU operations. It demonstrates overall superior performance to current state-of-the-art approaches on five public datasets for topology-preserving segmentation, while substantially reducing computational overheads by more than 90%. In doing so, we introduce the first multi-class capable loss function for thin structure segmentation, excelling in both efficiency and efficacy for topology-preservation.
• Abstract（参考訳）: 容器、神経、道路、コンクリートクラックなどの細い管状構造を正確に分断することは、コンピュータビジョンにおいて重要な課題である。 DiceやCross-Entropyのような標準的なディープラーニングベースのセグメンテーション損失関数は、しばしば構造的な接続性やトポロジーを犠牲にして、ボリュームオーバーラップに焦点を当てている。 これは、フロー計算、ナビゲーション、構造検査などの下流タスクに悪影響を及ぼすセグメンテーションエラーを引き起こす可能性がある。 現在のトポロジに焦点をあてた損失は改善の兆しとなるが、計算とメモリのオーバーヘッドがかなり大きい。 これは特に3Dデータに関係しており、これらの損失は大きなボリュームでは実現不可能であり、また、より重要なマルチクラスのセグメンテーション問題も抱えている。 そこで本稿では,GPUベースの計算を低コストなCPU操作で回避し,これらの課題を効果的に解決する新しいSkeleton Recall Lossを提案する。 これは、トポロジ保存セグメンテーションのための5つのパブリックデータセットに対する現在の最先端アプローチに比べて、全体的なパフォーマンスを向上し、計算オーバーヘッドを90%以上削減する。 そこで我々は, 最薄構造セグメンテーションのための最初の多クラス能動損失関数を導入し, トポロジー保存の効率性と有効性に優れていた。

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