Confidence Calibration and Predictive Uncertainty Estimation for Deep Medical Image Segmentation
Notice bibliographique
Résumé
Fully convolutional neural networks (FCNs), and in particular U-Nets, have achieved state-of-the-art results in semantic segmentation for numerous medical imaging applications. Moreover, batch normalization and Dice loss have been used successfully to stabilize and accelerate training. However, these networks are poorly calibrated i.e. they tend to produce overconfident predictions for both correct and erroneous classifications, making them unreliable and hard to interpret. In this paper, we study predictive uncertainty estimation in FCNs for medical image segmentation. We make the following contributions: 1) We systematically compare cross-entropy loss with Dice loss in terms of segmentation quality and uncertainty estimation of FCNs; 2) We propose model ensembling for confidence calibration of the FCNs trained with batch normalization and Dice loss; 3) We assess the ability of calibrated FCNs to predict segmentation quality of structures and detect out-of-distribution test examples. We conduct extensive experiments across three medical image segmentation applications of the brain, the heart, and the prostate to evaluate our contributions. The results of this study offer considerable insight into the predictive uncertainty estimation and out-of-distribution detection in medical image segmentation and provide practical recipes for confidence calibration. Moreover, we consistently demonstrate that model ensembling improves confidence calibration.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,006 | 0,034 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».