Dynamic Loss Weighting for Multiorgan Segmentation in Medical Images

分割 加权 计算机科学 人工智能 基本事实 一致性(知识库) 模式识别(心理学) 自编码 深度学习 水准点(测量) 机器学习 大地测量学 医学 放射科 地理
作者
Youyi Song,Jeremy Yuen‐Chun Teoh,Kup‐Sze Choi,Jing Qin
出处
期刊:IEEE transactions on neural networks and learning systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-12 被引量:8
标识
DOI:10.1109/tnnls.2023.3243241
摘要

Deep neural networks often suffer from performance inconsistency for multiorgan segmentation in medical images; some organs are segmented far worse than others. The main reason might be organs with different levels of learning difficulty for segmentation mapping, due to variations such as size, texture complexity, shape irregularity, and imaging quality. In this article, we propose a principled class-reweighting algorithm, termed dynamic loss weighting, which dynamically assigns a larger loss weight to organs if they are discriminated as more difficult to learn according to the data and network's status, for forcing the network to learn from them more to maximally promote the performance consistency. This new algorithm uses an extra autoencoder to measure the discrepancy between the segmentation network's output and the ground truth and dynamically estimates the loss weight of organs per the contribution of the organ to the new updated discrepancy. It can capture the variation in organs' learning difficult during training, and it is neither sensitive to data's property nor dependent on human priors. We evaluate this algorithm in two multiorgan segmentation tasks: abdominal organs and head-neck structures, on publicly available datasets, with positive results obtained from extensive experiments which confirm the validity and effectiveness. Source codes are available at: https://github.com/YouyiSong/Dynamic-Loss-Weighting.

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