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SONNET:一种用于大规模多组织病理图像中细胞核分割与分类的自引导序数回归神经网络

Jin T. Kwak Kyungeun Kim Trinh T. L. Vuong Boram Song Tan N. N. Doan

摘要

自动化的细胞核分割与分类是分析和理解细胞特征及其功能的关键,为计算机辅助数字病理学在疾病诊断中的应用提供了重要支持。然而,由于不同类型细胞核在大小、亮度及形态上存在固有的差异,该任务仍面临显著挑战。为此,本文提出一种自引导序数回归神经网络,实现细胞核的同步分割与分类,能够有效利用细胞核的内在特征,并在训练过程中重点关注不确定性较高的区域。所提出的网络通过引入距离递减离散化策略,将细胞核分割问题建模为序数回归学习任务。该策略将细胞核划分为不同层级:内部区域(呈现规则形状)与外部区域(呈现不规则形状)被有效分离,从而更精准地捕捉细胞核的空间结构特征。此外,网络还采用自引导训练策略,根据网络自身对像素难度的评估,自适应地调整与细胞核像素相关的权重,使模型在训练过程中更加关注难以分辨的复杂区域。为全面评估所提网络的性能,我们使用包含276,349个逐个标注细胞核的大规模多组织数据集进行实验。结果表明,与近年来针对分割和/或分类任务所提出的多种方法相比,该方法在细胞核分割与分类两个方面均达到了当前最优的性能水平,显著提升了数字病理图像分析的准确性与可靠性。


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