Exponential Distance Transform Maps for Cell Localization
Creators
- 1. West China Hospital of Sichuan University
- 2. ITRI International
- 3. Sichuan University
- 4. Ministry of Education of the People's Republic of China
Description
Cell localization is an important area of medical image analysis, which is dedicated to predicting the precise location of cells in an image. The existing localization paradigm is to predict the density map using a Convolutional Neural Networks (CNN) model based on vanilla convolution and then process the density map using a local maximum search strategy to obtain the cell location and number information. However, there are three main problems in this paradigm: 1) CNN models based on vanilla convolution have difficulty in handling large variations in cell color; 2) The density map is difficult to provide accurate cell location information and ideal gradient information, and the information loss is more obvious in dense regions; 3) The post-processing strategy of density maps is susceptible to background noise and mutual interference between negative and positive cells. To tackle the above issues, we have made a comprehensive update of the existing paradigm, which consists of three parts: 1) A multi-scale gradient aggregation module based on difference convolution to effectively mitigate the challenge of large variations in cell color; 2) A new exponential distance transform map that provides accurate cell location information along with ideal gradient information for model learning; 3) A post-processing strategy named cell center localization strategy based on location maps that can significantly improve the localization performance. Extensive experiments on multiple datasets show that our approach can substantially improve cell localization and counting performance, establishing a new baseline for the cell localization task, and thereby increasing the efficiency of computer-aided diagnosis.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يعد توطين الخلايا مجالًا مهمًا لتحليل الصور الطبية، وهو مخصص للتنبؤ بالموقع الدقيق للخلايا في الصورة. يتمثل نموذج التوطين الحالي في التنبؤ بخريطة الكثافة باستخدام نموذج الشبكات العصبية الالتفافية (CNN) بناءً على التفاف الفانيليا ثم معالجة خريطة الكثافة باستخدام استراتيجية البحث القصوى المحلية للحصول على معلومات موقع الخلية ورقمها. ومع ذلك، هناك ثلاث مشاكل رئيسية في هذا النموذج: 1) تواجه نماذج سي إن إن القائمة على التفاف الفانيليا صعوبة في التعامل مع الاختلافات الكبيرة في لون الخلية ؛ 2) يصعب توفير خريطة الكثافة معلومات دقيقة عن موقع الخلية ومعلومات التدرج المثالي، وفقدان المعلومات أكثر وضوحًا في المناطق الكثيفة ؛ 3) استراتيجية ما بعد المعالجة لخرائط الكثافة عرضة للضوضاء الخلفية والتداخل المتبادل بين الخلايا السلبية والإيجابية. لمعالجة القضايا المذكورة أعلاه، أجرينا تحديثًا شاملاً للنموذج الحالي، والذي يتكون من ثلاثة أجزاء: 1) وحدة تجميع متدرجة متعددة المقاييس تعتمد على التفاف الاختلاف للتخفيف بشكل فعال من تحدي الاختلافات الكبيرة في لون الخلية ؛ 2) خريطة جديدة لتحويل المسافة الأسية توفر معلومات دقيقة عن موقع الخلية جنبًا إلى جنب مع معلومات التدرج المثالية لتعلم النموذج ؛ 3) استراتيجية ما بعد المعالجة تسمى استراتيجية توطين مركز الخلية بناءً على خرائط الموقع التي يمكن أن تحسن أداء التوطين بشكل كبير. تُظهر التجارب المكثفة على مجموعات بيانات متعددة أن نهجنا يمكن أن يحسن بشكل كبير من توطين الخلايا وأداء العد، وإنشاء خط أساس جديد لمهمة توطين الخلايا، وبالتالي زيادة كفاءة التشخيص بمساعدة الكمبيوتر.
Translated Description (French)
La localisation cellulaire est un domaine important de l'analyse d'images médicales, qui se consacre à la prédiction de la localisation précise des cellules dans une image. Le paradigme de localisation existant consiste à prédire la carte de densité à l'aide d'un modèle de réseaux neuronaux convolutifs (CNN) basé sur la convolution de vanille, puis à traiter la carte de densité à l'aide d'une stratégie de recherche maximale locale pour obtenir les informations de localisation et de nombre de cellules. Cependant, il y a trois problèmes principaux dans ce paradigme : 1) les modèles CNN basés sur la convolution de vanille ont de la difficulté à gérer de grandes variations dans la couleur des cellules ; 2) la carte de densité est difficile à fournir des informations précises sur la localisation des cellules et des informations sur le gradient idéal, et la perte d'information est plus évidente dans les régions denses ; 3) la stratégie de post-traitement des cartes de densité est sensible au bruit de fond et aux interférences mutuelles entre les cellules négatives et positives. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, nous avons fait une mise à jour complète du paradigme existant, qui se compose de trois parties : 1) Un module d'agrégation de gradient multi-échelle basé sur la convolution différentielle pour atténuer efficacement le défi des grandes variations de couleur des cellules ; 2) Une nouvelle carte de transformation de distance exponentielle qui fournit des informations précises sur la localisation des cellules ainsi que des informations de gradient idéales pour l'apprentissage du modèle ; 3) Une stratégie de post-traitement appelée stratégie de localisation du centre cellulaire basée sur des cartes de localisation qui peuvent améliorer considérablement les performances de localisation. Des expériences approfondies sur plusieurs ensembles de données montrent que notre approche peut améliorer considérablement les performances de localisation et de comptage des cellules, établissant une nouvelle base de référence pour la tâche de localisation des cellules et augmentant ainsi l'efficacité du diagnostic assisté par ordinateur.
Translated Description (Spanish)
La localización celular es un área importante del análisis de imágenes médicas, que se dedica a predecir la ubicación precisa de las células en una imagen. El paradigma de localización existente es predecir el mapa de densidad utilizando un modelo de redes neuronales convolucionales (CNN) basado en la convolución de vainilla y luego procesar el mapa de densidad utilizando una estrategia de búsqueda máxima local para obtener la ubicación de la celda y la información numérica. Sin embargo, hay tres problemas principales en este paradigma: 1) los modelos CNN basados en convolución vainilla tienen dificultades para manejar grandes variaciones en el color de las células; 2) el mapa de densidad es difícil de proporcionar información precisa sobre la ubicación de las células y la información del gradiente ideal, y la pérdida de información es más obvia en regiones densas; 3) la estrategia de posprocesamiento de los mapas de densidad es susceptible al ruido de fondo y a la interferencia mutua entre las células negativas y positivas. Para abordar los problemas anteriores, hemos realizado una actualización integral del paradigma existente, que consta de tres partes: 1) Un módulo de agregación de gradientes multiescala basado en la convolución de diferencias para mitigar de manera efectiva el desafío de las grandes variaciones en el color de las celdas; 2) Un nuevo mapa de transformación de distancia exponencial que proporciona información precisa de la ubicación de las celdas junto con información ideal del gradiente para el aprendizaje del modelo; 3) Una estrategia de posprocesamiento llamada estrategia de localización del centro celular basada en mapas de ubicación que puede mejorar significativamente el rendimiento de la localización. Amplios experimentos en múltiples conjuntos de datos muestran que nuestro enfoque puede mejorar sustancialmente la localización celular y el rendimiento del recuento, estableciendo una nueva línea de base para la tarea de localización celular y, por lo tanto, aumentando la eficiencia del diagnóstico asistido por ordenador.
Files
39657259.pdf.pdf
Files
(139.5 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:a35f3358342535d8b5a83fdc5de7c8e9
|
139.5 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- خرائط تحويل المسافة الأسية لتوطين الخلايا
- Translated title (French)
- Cartes de transformation de distance exponentielle pour la localisation de cellules
- Translated title (Spanish)
- Mapas de Transformación de Distancia Exponencial para Localización Celular
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4328092612
- DOI
- 10.36227/techrxiv.22275958.v1
References
- https://openalex.org/W1901129140
- https://openalex.org/W2145983039
- https://openalex.org/W2163352848
- https://openalex.org/W2312404985
- https://openalex.org/W2339885376
- https://openalex.org/W2520304734
- https://openalex.org/W2621507294
- https://openalex.org/W2734436097
- https://openalex.org/W2738582428
- https://openalex.org/W2900936384
- https://openalex.org/W2908670068
- https://openalex.org/W2913127348
- https://openalex.org/W2916798096
- https://openalex.org/W2945576057
- https://openalex.org/W2962716568
- https://openalex.org/W2962835968
- https://openalex.org/W2963618258
- https://openalex.org/W2964209782
- https://openalex.org/W2984155152
- https://openalex.org/W2995582330
- https://openalex.org/W3035459165
- https://openalex.org/W3091692930
- https://openalex.org/W3098726213
- https://openalex.org/W3133153571
- https://openalex.org/W3134286047
- https://openalex.org/W3170293501
- https://openalex.org/W3188354902
- https://openalex.org/W3194700752
- https://openalex.org/W3208051853
- https://openalex.org/W3216149514
- https://openalex.org/W4214774769
- https://openalex.org/W4226120942
- https://openalex.org/W4281254235
- https://openalex.org/W4294310792
- https://openalex.org/W4386352865