Diffusion Models for Counterfactual Generation and Anomaly Detection in Brain Images

反事实思维 扩散 异常(物理) 异常检测 磁共振弥散成像 人工智能 计算机科学 模式识别(心理学) 统计物理学 计算机视觉 物理 磁共振成像 心理学 医学 放射科 凝聚态物理 社会心理学 热力学
作者
Alessandro Fontanella,Grant Mair,Joanna M. Wardlaw,Emanuele Trucco,Amos Storkey
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:44 (9): 3574-3585 被引量:16
标识
DOI:10.1109/tmi.2024.3460391
摘要

Segmentation masks of pathological areas are useful in many medical applications, such as brain tumour and stroke management. Moreover, healthy counterfactuals of diseased images can be used to enhance radiologists' training files and to improve the interpretability of segmentation models. In this work, we present a weakly supervised method to generate a healthy version of a diseased image and then use it to obtain a pixel-wise anomaly map. To do so, we start by considering a saliency map that approximately covers the pathological areas, obtained with ACAT. Then, we propose a technique that allows to perform targeted modifications to these regions, while preserving the rest of the image. In particular, we employ a diffusion model trained on healthy samples and combine Denoising Diffusion Probabilistic Model (DDPM) and Denoising Diffusion Implicit Model (DDIM) at each step of the sampling process. DDPM is used to modify the areas affected by a lesion within the saliency map, while DDIM guarantees reconstruction of the normal anatomy outside of it. The two parts are also fused at each timestep, to guarantee the generation of a sample with a coherent appearance and a seamless transition between edited and unedited parts. We verify that when our method is applied to healthy samples, the input images are reconstructed without significant modifications. We compare our approach with alternative weakly supervised methods on the task of brain lesion segmentation, achieving the highest mean Dice and IoU scores among the models considered.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Ken921319005发布了新的文献求助10
1秒前
卓奕雯完成签到 ,获得积分10
1秒前
小马甲应助微笑绮露采纳,获得10
1秒前
所所应助无风风采纳,获得10
2秒前
abib完成签到,获得积分10
2秒前
nszws发布了新的文献求助10
3秒前
共享精神应助ZXD采纳,获得10
3秒前
立青发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
pipi完成签到,获得积分10
6秒前
王一完成签到,获得积分10
7秒前
屿_1完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
jshmech应助Tonypig采纳,获得30
8秒前
llp发布了新的文献求助10
9秒前
思源应助一方采纳,获得10
10秒前
nszws完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
12秒前
jenny发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
wnll完成签到,获得积分0
13秒前
雪花飞剪完成签到,获得积分10
14秒前
Yue发布了新的文献求助10
15秒前
不吃香菜完成签到,获得积分10
16秒前
欢喜的元霜完成签到,获得积分10
16秒前
theinu发布了新的文献求助10
17秒前
ty完成签到,获得积分10
18秒前
18秒前
wnmcgl发布了新的文献求助10
19秒前
叁木完成签到,获得积分20
19秒前
流淌的愚者完成签到,获得积分10
19秒前
SSD发布了新的文献求助10
20秒前
22秒前
23秒前
区区区发布了新的文献求助10
23秒前
镜花水月完成签到,获得积分10
23秒前
24秒前
砚田青衿完成签到,获得积分0
26秒前
29秒前
高分求助中
Malcolm Fraser : a biography 680
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
Climate change and sports: Statistics report on climate change and sports 500
Forced degradation and stability indicating LC method for Letrozole: A stress testing guide 500
全相对论原子结构与含时波包动力学的理论研究--清华大学 500
Organic Reactions Volume 118 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6454488
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8265323
关于积分的说明 17615726
捐赠科研通 5520181
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2904638
邀请新用户注册赠送积分活动 1881401
关于科研通互助平台的介绍 1723996