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电气工程与系统科学 > 信号处理

arXiv:2501.19381 (eess)
[提交于 2025年1月31日 ]

标题: 使用拉格朗日函数的梯度计算理想观察者的有效信道

标题: Using gradient of Lagrangian function to compute efficient channels for the ideal observer

Authors:Weimin Zhou
摘要: 广泛认为,贝叶斯理想观察者(IO)应被用于指导医学成像系统的客观评估和优化。 IO利用完整的任务特定信息来计算检验统计量以做出推断决策,并在信号检测任务中表现最优。 然而,IO检验统计量通常非线性依赖于图像数据,无法解析确定。 已知的理想线性观察者,即霍特林观察者(HO),有时可作为IO的替代。 然而,当图像数据是高维时,HO的计算可能很困难。 已经研究了能够提取任务相关特征的有效通道,以降低图像数据的维度,从而近似IO和HO的性能。 本工作提出了一种新方法,通过使用基于拉格朗日的损失函数的梯度来生成有效通道,该损失函数旨在学习HO。 生成的通道称为拉格朗日梯度(L-grad)通道。 进行了数值研究,考虑涉及各种背景和信号的二元信号检测任务。 证明了使用L-grad通道的通道化HO(CHO)相比使用PLS通道的CHO,在信号检测性能方面有显著提升。 此外,证明了所提出的L-grad方法相比PLS方法可以显著降低计算时间。
摘要: It is widely accepted that the Bayesian ideal observer (IO) should be used to guide the objective assessment and optimization of medical imaging systems. The IO employs complete task-specific information to compute test statistics for making inference decisions and performs optimally in signal detection tasks. However, the IO test statistic typically depends non-linearly on the image data and cannot be analytically determined. The ideal linear observer, known as the Hotelling observer (HO), can sometimes be used as a surrogate for the IO. However, when image data are high dimensional, HO computation can be difficult. Efficient channels that can extract task-relevant features have been investigated to reduce the dimensionality of image data to approximate IO and HO performance. This work proposes a novel method for generating efficient channels by use of the gradient of a Lagrangian-based loss function that was designed to learn the HO. The generated channels are referred to as the Lagrangian-gradient (L-grad) channels. Numerical studies are conducted that consider binary signal detection tasks involving various backgrounds and signals. It is demonstrated that channelized HO (CHO) using L-grad channels can produce significantly better signal detection performance compared to the CHO using PLS channels. Moreover, it is shown that the proposed L-grad method can achieve significantly lower computation time compared to the PLS method.
评论: SPIE医学影像2025
主题: 信号处理 (eess.SP) ; 计算机视觉与模式识别 (cs.CV); 机器学习 (cs.LG); 统计理论 (math.ST); 计算 (stat.CO)
引用方式: arXiv:2501.19381 [eess.SP]
  (或者 arXiv:2501.19381v1 [eess.SP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.19381
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Weimin Zhou [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 1 月 31 日 18:34:16 UTC (1,169 KB)
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