Approches d'adaptation de domaine non supervisées pour la localisation de personnes dans la salle d'opération

Unsupervised domain adaptation approaches for person localization in the operating rooms

• Auteur / Autrice : Vinkle Kumar Srivastav
• Direction : Nicolas Padoy, Afshin Gangi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 19/11/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel de Mathelin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vasileios Belagiannis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gregory D. Hager, Slobodan Ilic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Salles d'opération

Traitement d'images -- Techniques numériques

Vision par ordinateur en médecine

Mots clés libres

Adaptation de domaine non supervisée

Estimation de pose humaine

Segmentation d'instance de personne

Salle d'opération

Images basse résolution

Apprentissage semi-supervisé

Auto-formation

Images de profondeur

Unsupervised Domain Adaptation

Human Pose Estimation

Person Instance Segmentation

Operating Room

Low resolution Images

Semi-supervised Learning

Self-training

Depth Images

Résumé

La localisation précise des cliniciens dans la salle d'opération est un élément clé dans la conception des nouveaux systèmes de support clinique. Cependant, la tâche est difficile non seulement parce que les images de la salle d'opération contiennent des différences visuelles significatives par rapport aux images ordinaires, mais aussi parce que les données et les annotations sont difficiles à collecter et à générer dans la salle d'opération en raison de problèmes de confidentialité. Cette thèse explore les méthodes d'adaptation de domaine non supervisées pour permettre l'apprentissage visuel pour le domaine cible, la salle d'opération, en travaillant dans deux directions complémentaires. Tout d'abord, nous étudions comment des images basse résolution avec un facteur de sous-échantillonnage allant jusqu'à 12x peuvent être utilisées pour une localisation précise des cliniciens afin de résoudre les problèmes de confidentialité. Deuxièmement, nous proposons plusieurs méthodes auto-supervisées pour transférer les informations apprises d'un domaine source étiqueté vers un domaine cible non étiqueté pour faire face au changement de domaine visuel et au manque d'annotations. Ces méthodes utilisent des prédictions auto-supervisées pour permettre au modèle d'apprendre et de s'adapter au domaine cible non étiqueté. Pour démontrer l'efficacité des approches proposées, nous publions le premier ensemble de données public, appelé Multi-View Operating Room (MVOR), généré à partir d'enregistrements d'interventions cliniques réelles. Nous obtenons des résultats de pointe sur l'ensemble de données MVOR, en particulier sur les images de salle d'opération à basse résolution préservant la confidentialité. Nous espérons que nos approches d'adaptation de domaine non supervisées proposées pourront aider à développer et à déployer de nouvelles applications d'assistance par IA pour les salles d'opération.

The fine-grained localization of clinicians in the operating room (OR) is a key component in designing the new OR support systems. However, the task is challenging not only because OR images contain significant visual domain differences compared to traditional vision datasets but also because data and annotations are hard to collect and generate in the OR due to privacy concerns. This thesis explores Unsupervised Domain Adaptation (UDA) methods to enable visual learning for the target domain, the OR, by working in two complementary directions. First, we study how low-resolution images with a downsampling factor as low as 12x can be used for fine-grained clinicians' localization to address privacy concerns. Second, we propose several self-supervised methods to transfer learned information from a labeled source domain to an unlabeled target domain to address the shift of visual domain and lack of annotations. These methods employ self-supervised predictions in allowing the model to learn and adapt to the unlabeled target domain. To demonstrate the effectiveness of our proposed approaches, we release the first public dataset, called the multi-view operating room (MVOR), generated from recordings of real clinical interventions. We obtain state-of-the-art results on the MVOR dataset, specifically on the privacy-preserving low-resolution OR images. We hope our proposed UDA approaches could help to scale up and deploy novel AI assistance applications for the OR environments.