論文の概要: Vox-UDA: Voxel-wise Unsupervised Domain Adaptation for Cryo-Electron Subtomogram Segmentation with Denoised Pseudo Labeling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.18610v2
• Date: Sun, 30 Jun 2024 17:40:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-02 12:41:53.263122
• Title: Vox-UDA: Voxel-wise Unsupervised Domain Adaptation for Cryo-Electron Subtomogram Segmentation with Denoised Pseudo Labeling
• Title（参考訳）: Vox-UDA:Voxel-wise Unsupervised Domain Adaptation for Cryo-Electron Subtomogram Segmentation with Denoized Pseudo Labeling (特集:バイオサイバネティックスとバイオサイバネティックス)
• Authors: Haoran Li, Xingjian Li, Jiahua Shi, Huaming Chen, Bo Du, Daisuke Kihara, Johan Barthelemy, Jun Shen, Min Xu,
• Abstract要約: 本稿では,Vox-UDAと呼ばれるVoxel-wise unsupervised domain adapt approachをCreo-ETサブトモグラムセグメンテーションに導入する。 Vox-UDAは、ノイズ生成モジュールを組み込んで、ソースデータセットのターゲットのようなノイズをシミュレートし、クロスノイズレベルを適応させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 29.075757272606868
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Cryo-Electron Tomography (cryo-ET) is a 3D imaging technology facilitating the study of macromolecular structures at near-atomic resolution. Recent volumetric segmentation approaches on cryo-ET images have drawn widespread interest in biological sector. However, existing methods heavily rely on manually labeled data, which requires highly professional skills, thereby hindering the adoption of fully-supervised approaches for cryo-ET images. Some unsupervised domain adaptation (UDA) approaches have been designed to enhance the segmentation network performance using unlabeled data. However, applying these methods directly to cryo-ET images segmentation tasks remains challenging due to two main issues: 1) the source data, usually obtained through simulation, contain a certain level of noise, while the target data, directly collected from raw-data from real-world scenario, have unpredictable noise levels. 2) the source data used for training typically consists of known macromoleculars, while the target domain data are often unknown, causing the model's segmenter to be biased towards these known macromolecules, leading to a domain shift problem. To address these challenges, in this work, we introduce the first voxel-wise unsupervised domain adaptation approach, termed Vox-UDA, specifically for cryo-ET subtomogram segmentation. Vox-UDA incorporates a noise generation module to simulate target-like noises in the source dataset for cross-noise level adaptation. Additionally, we propose a denoised pseudo-labeling strategy based on improved Bilateral Filter to alleviate the domain shift problem. Experimental results on both simulated and real cryo-ET subtomogram datasets demonstrate the superiority of our proposed approach compared to state-of-the-art UDA methods.
• Abstract（参考訳）: クライオ・エレクトロン・トモグラフィー(Cryo-Electron Tomography, Cryo-ET)は、分子構造の研究を容易にする3次元イメージング技術である。 近年のCryo-ET画像におけるボリュームセグメンテーションのアプローチは,生物分野に広く関心を寄せている。 しかし、既存の手法は手動でラベル付けされたデータに大きく依存しており、非常に専門的なスキルを必要とするため、Cryo-ETイメージに完全に教師付きアプローチを採用するのを妨げている。 非教師なし領域適応(UDA)アプローチは、ラベルなしデータを用いてセグメンテーションネットワークの性能を向上させるように設計されている。 しかし、これらの手法をCryo-ET画像のセグメント化タスクに直接適用することは、主な2つの問題により、依然として困難である。 1) 実世界のシナリオから直接収集した対象データには予測不可能なノイズレベルがあるのに対し, シミュレーションにより得られる音源データは, 一定のノイズレベルを含む。 2) トレーニングに使用されるソースデータは一般に既知のマクロ分子から構成されるが,対象のドメインデータはよく分かっていないため,モデルのセグメンタが既知のマクロ分子に偏っているため,ドメインシフト問題が発生する。 これらの課題に対処するため、本研究では、Vox-UDAと呼ばれる、Voxel-wise unsupervised domain adapt approachを導入し、特にCreo-ETサブトモグラムのセグメンテーションについて述べる。 Vox-UDAは、ノイズ生成モジュールを組み込んで、ソースデータセットのターゲットのようなノイズをシミュレートし、クロスノイズレベルを適応させる。 さらに、ドメインシフト問題を軽減するために、改良されたバイラテラルフィルタに基づく擬似ラベル方式を提案する。 シミュレーションおよび実Creo-ETサブトモグラムデータセットによる実験結果から,提案手法が最先端UDA法よりも優れていることを示す。

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