Automated liver tissues delineation based on machine learning techniques: A survey, current trends and future orientations

There is no denying how machine learning and computer vision have grown in the recent years. Their highest advantages lie within their automation, suitability, and ability to generate astounding results in a matter of seconds in a reproducible manner. This is aided by the ubiquitous advancements reached in the computing capabilities of current graphical processing units and the highly efficient implementation of such techniques. Hence, in this paper, we survey the key studies that are published between 2014 and 2020, showcasing the different machine learning algorithms researchers have used to segment the liver, hepatic-tumors, and hepatic-vasculature structures. We divide the surveyed studies based on the tissue of interest (hepatic-parenchyma, hepatic-tumors, or hepatic-vessels), highlighting the studies that tackle more than one task simultaneously. Additionally, the machine learning algorithms are classified as either supervised or unsupervised, and further partitioned if the amount of works that fall under a certain scheme is significant. Moreover, different datasets and challenges found in literature and websites, containing masks of the aforementioned tissues, are thoroughly discussed, highlighting the organizers original contributions, and those of other researchers. Also, the metrics that are used excessively in literature are mentioned in our review stressing their relevancy to the task at hand. Finally, critical challenges and future directions are emphasized for innovative researchers to tackle, exposing gaps that need addressing such as the scarcity of many studies on the vessels segmentation challenge, and why their absence needs to be dealt with in an accelerated manner.Comment: 41 pages, 4 figures, 13 equations, 1 table. A review paper on liver tissues segmentation based on automated ML-based technique

Deep learning for unsupervised domain adaptation in medical imaging: Recent advancements and future perspectives

Deep learning has demonstrated remarkable performance across various tasks in medical imaging. However, these approaches primarily focus on supervised learning, assuming that the training and testing data are drawn from the same distribution. Unfortunately, this assumption may not always hold true in practice. To address these issues, unsupervised domain adaptation (UDA) techniques have been developed to transfer knowledge from a labeled domain to a related but unlabeled domain. In recent years, significant advancements have been made in UDA, resulting in a wide range of methodologies, including feature alignment, image translation, self-supervision, and disentangled representation methods, among others. In this paper, we provide a comprehensive literature review of recent deep UDA approaches in medical imaging from a technical perspective. Specifically, we categorize current UDA research in medical imaging into six groups and further divide them into finer subcategories based on the different tasks they perform. We also discuss the respective datasets used in the studies to assess the divergence between the different domains. Finally, we discuss emerging areas and provide insights and discussions on future research directions to conclude this survey.Comment: Under Revie

Machine learning methods for the analysis and interpretation of images and other multi-dimensional data

L'abstract è presente nell'allegato / the abstract is in the attachmen

Recuperação multimodal e interativa de informação orientada por diversidade

Orientador: Ricardo da Silva TorresTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Os métodos de Recuperação da Informação, especialmente considerando-se dados multimídia, evoluíram para a integração de múltiplas fontes de evidência na análise de relevância de itens em uma tarefa de busca. Neste contexto, para atenuar a distância semântica entre as propriedades de baixo nível extraídas do conteúdo dos objetos digitais e os conceitos semânticos de alto nível (objetos, categorias, etc.) e tornar estes sistemas adaptativos às diferentes necessidades dos usuários, modelos interativos que consideram o usuário mais próximo do processo de recuperação têm sido propostos, permitindo a sua interação com o sistema, principalmente por meio da realimentação de relevância implícita ou explícita. Analogamente, a promoção de diversidade surgiu como uma alternativa para lidar com consultas ambíguas ou incompletas. Adicionalmente, muitos trabalhos têm tratado a ideia de minimização do esforço requerido do usuário em fornecer julgamentos de relevância, à medida que mantém níveis aceitáveis de eficácia. Esta tese aborda, propõe e analisa experimentalmente métodos de recuperação da informação interativos e multimodais orientados por diversidade. Este trabalho aborda de forma abrangente a literatura acerca da recuperação interativa da informação e discute sobre os avanços recentes, os grandes desafios de pesquisa e oportunidades promissoras de trabalho. Nós propusemos e avaliamos dois métodos de aprimoramento do balanço entre relevância e diversidade, os quais integram múltiplas informações de imagens, tais como: propriedades visuais, metadados textuais, informação geográfica e descritores de credibilidade dos usuários. Por sua vez, como integração de técnicas de recuperação interativa e de promoção de diversidade, visando maximizar a cobertura de múltiplas interpretações/aspectos de busca e acelerar a transferência de informação entre o usuário e o sistema, nós propusemos e avaliamos um método multimodal de aprendizado para ranqueamento utilizando realimentação de relevância sobre resultados diversificados. Nossa análise experimental mostra que o uso conjunto de múltiplas fontes de informação teve impacto positivo nos algoritmos de balanceamento entre relevância e diversidade. Estes resultados sugerem que a integração de filtragem e re-ranqueamento multimodais é eficaz para o aumento da relevância dos resultados e também como mecanismo de potencialização dos métodos de diversificação. Além disso, com uma análise experimental minuciosa, nós investigamos várias questões de pesquisa relacionadas à possibilidade de aumento da diversidade dos resultados e a manutenção ou até mesmo melhoria da sua relevância em sessões interativas. Adicionalmente, nós analisamos como o esforço em diversificar afeta os resultados gerais de uma sessão de busca e como diferentes abordagens de diversificação se comportam para diferentes modalidades de dados. Analisando a eficácia geral e também em cada iteração de realimentação de relevância, nós mostramos que introduzir diversidade nos resultados pode prejudicar resultados iniciais, enquanto que aumenta significativamente a eficácia geral em uma sessão de busca, considerando-se não apenas a relevância e diversidade geral, mas também o quão cedo o usuário é exposto ao mesmo montante de itens relevantes e nível de diversidadeAbstract: Information retrieval methods, especially considering multimedia data, have evolved towards the integration of multiple sources of evidence in the analysis of the relevance of items considering a given user search task. In this context, for attenuating the semantic gap between low-level features extracted from the content of the digital objects and high-level semantic concepts (objects, categories, etc.) and making the systems adaptive to different user needs, interactive models have brought the user closer to the retrieval loop allowing user-system interaction mainly through implicit or explicit relevance feedback. Analogously, diversity promotion has emerged as an alternative for tackling ambiguous or underspecified queries. Additionally, several works have addressed the issue of minimizing the required user effort on providing relevance assessments while keeping an acceptable overall effectiveness. This thesis discusses, proposes, and experimentally analyzes multimodal and interactive diversity-oriented information retrieval methods. This work, comprehensively covers the interactive information retrieval literature and also discusses about recent advances, the great research challenges, and promising research opportunities. We have proposed and evaluated two relevance-diversity trade-off enhancement work-flows, which integrate multiple information from images, such as: visual features, textual metadata, geographic information, and user credibility descriptors. In turn, as an integration of interactive retrieval and diversity promotion techniques, for maximizing the coverage of multiple query interpretations/aspects and speeding up the information transfer between the user and the system, we have proposed and evaluated a multimodal learning-to-rank method trained with relevance feedback over diversified results. Our experimental analysis shows that the joint usage of multiple information sources positively impacted the relevance-diversity balancing algorithms. Our results also suggest that the integration of multimodal-relevance-based filtering and reranking was effective on improving result relevance and also boosted diversity promotion methods. Beyond it, with a thorough experimental analysis we have investigated several research questions related to the possibility of improving result diversity and keeping or even improving relevance in interactive search sessions. Moreover, we analyze how much the diversification effort affects overall search session results and how different diversification approaches behave for the different data modalities. By analyzing the overall and per feedback iteration effectiveness, we show that introducing diversity may harm initial results whereas it significantly enhances the overall session effectiveness not only considering the relevance and diversity, but also how early the user is exposed to the same amount of relevant items and diversityDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da ComputaçãoP-4388/2010140977/2012-0CAPESCNP