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AMN:用于细胞核分割的自适应多尺度融合网络,结合边界与不确定性建模

文章摘要

研究人员提出AMN,一种双编码器分割框架,融合Swin Transformer和ResNet-50特征金字塔,通过可学习的逐通道门控机制动态调整各尺度贡献,并采用多目标损失函数(包括类别加权焦点损失、边界感知损失和不确定性调制分类项),在CoNIC基准上取得平均Dice 0.82和平均F1 0.68,优于八种基线模型,并在MoNuSeg上展现出强泛化能力。

来源arXiv Computer Vision作者: Spoorthi M, Suja Palaniswamy
AMN:用于细胞核分割的自适应多尺度融合网络,结合边界与不确定性建模
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在组织病理学图像分析中,准确分类细胞核亚型对于肿瘤分级、免疫浸润定量和预后预测等下游任务至关重要。然而,现有方法通常单独依赖卷积神经网络或Transformer编码器,难以同时捕捉细粒度的局部纹理和长程空间上下文。针对这一局限,Spoorthi M等研究者提出了AMN(自适应多尺度细胞核网络),一种双编码器分割框架,相关论文发表于arXiv(编号2606.07633),提交于2026年5月31日。

AMN的核心创新在于其双编码器架构:它同时利用Swin Transformer和ResNet-50特征金字塔,并通过一个可学习的逐通道门控机制进行融合。该门控机制能够在每个尺度上动态权衡两个编码器的贡献,从而自适应地整合局部细节和全局上下文信息。这种设计旨在克服单一编码器架构的固有局限,提升分割精度。

在训练策略上,AMN采用多目标损失函数,结合了三个关键组件:类别加权焦点损失(用于缓解类别不平衡)、边界感知损失(强调正像素以改善边界分割),以及一种新颖的不确定性调制分类项。该分类项通过建模预测不确定性,抑制模型产生过度自信的错误预测,从而提升分割的可靠性。

研究者在CoNIC基准数据集上对AMN进行了评估,涵盖七种细胞核类别。实验结果显示,AMN取得了平均Dice系数0.82和平均F1分数0.68的优异性能。特别是在诊断上具有挑战性的淋巴细胞类别上,F1分数达到0.67。与八种基线模型相比,包括纯CNN架构(如U-Net、ResU-Net、DeepLabV3+、SegNet)、纯Transformer架构(ViT-Small)以及近期混合架构(HmsU-Net、ConvFormer-UNet、BEFUnet),AMN均表现出更优的分割效果。

此外,为了验证模型的泛化能力,研究者进行了跨数据集评估:在MoNuSeg数据集上直接测试AMN而无需重新训练。结果表明,AMN展现出强大的泛化性能,证明了其学习到的表示具有良好的域鲁棒性。这一特性对于临床应用中处理不同来源的图像数据具有重要意义。

该论文属于计算机视觉与模式识别(cs.CV)和人工智能(cs.AI)领域,ACM分类号为I.4.6、I.4.8和I.2.10,MSC分类号为68T07、92C55和68U10。论文全文可通过arXiv获取,并提供了PDF和实验性HTML版本。

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要点

  • AMN采用双编码器架构,结合Swin Transformer和ResNet-50,通过门控机制融合局部纹理和长程上下文。
  • 多目标损失函数包含类别加权焦点损失、边界感知损失和不确定性调制项,以抑制过度自信的错误预测。
  • 在CoNIC数据集上,AMN在七类细胞核分割中平均Dice为0.82,平均F1为0.68,淋巴细胞F1达0.67。
  • 跨数据集评估在MoNuSeg上无需重新训练即表现出强泛化能力,验证了域鲁棒性。

要点与分析由自动化流程生成,可能有误,请结合原始来源核实。