Confidence-Aware Brain Tumor Segmentation under Missing MRI Modalities

医学 分割 放射科 模式 磁共振成像 人工智能 模态(人机交互) 计算机科学 神经影像学 计算机视觉 医学影像学 脑瘤 图像分割 特征(语言学) 模式识别(心理学)
作者
Hafeezullah,Nainsee,Tayyaba,Adil Khan
出处
期刊:2019 2nd International Conference on Computing, Mathematics and Engineering Technologies (iCoMET) [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-6
标识
DOI:10.1109/icomet69771.2026.11591741
摘要

Brain tumor segmentation from multi-parametric MRI (mpMRI) supports diagnosis, radiotherapy planning, and treatment response monitoring, but most deep learning models assume that all magnetic resonance imaging (MRI) sequences are always available. In real clinical workflows, one or more modalities (e.g., post-contrast T1ce) may be missing due to contraindications, cost, or protocol variations. This paper presents a practical, confidence-aware pipeline for robust tumor segmentation under missing MRI modalities using self-configuring U-Net framework (nnU-Net) trained on the BraTS 2021 dataset. We (i) train a segmentation backbone using all modalities, (ii) train four modality-synthesis models (T1, T1ce, T2, FLAIR) to reconstruct missing sequences, and (iii) apply post-hoc confidence calibration (temperature scaling) to generate voxel-wise confidence maps and a case-level risk score for failure flagging. Our synthesis models achieve stable convergence with validation loss in the range of 0.051–0.063 and peak signal-to-noise ratio (PSNR) around 15–16.7 dB, enabling consistent modality completion. We provide a failure-detection strategy based on calibrated confidence and reliability metrics (expected calibration error (ECE), risk-coverage), designed for safe deployment where uncertain outputs are escalated to human review. The proposed framework targets realistic hospital constraints while maintaining interpretability and quality control.
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