基于半监督学习和条件概率的膝关节软骨MRI图像分割
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国家自然科学基金(61806107, 61702135)


MRI Image Segmentation of Knee Cartilage Based on Semi-supervised Learning and Conditional Probability
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    摘要:

    本文提出了一种基于半监督学习和条件概率的膝关节软骨分割方法, 旨在解决医学图像分割中标注样本数量不足和质量差的问题. 现有的标签树嵌入深度学习模型难以对网络输出间的层次关系进行有效建模, 而本文提出了一种条件到无条件的混合训练与任务级一致性结合的方法, 有效地利用了标签之间的层次关系和相似性, 提高了分割精度. 具体来说, 我们使用一个联合预测像素级分割图和目标的几何感知水平集表示的双任务深度网络. 通过可微分的任务变换层, 将水平集表示转换为近似的分割映射. 同时, 我们在标签和未标记数据上引入了基于水平线的分割映射与直接预测的分割映射之间的任务级一致性正则化. 在两个公共数据集上的大量实验表明, 我们的方法可以通过包含未标记的数据来显著提高性能.

    Abstract:

    This study introduces a knee cartilage segmentation method based on semi-supervised learning and conditional probability, to address the scarcity and quality issues of annotated samples in medical image segmentation. As it is difficult for existing embedded deep learning models to effectively model the hierarchical relationships among network outputs, the study proposes an approach combining conditional-to-unconditional mixed training and task-level consistency. In this way, the hierarchical relationships and relevance among labels are efficiently utilized, and the segmentation accuracy is enhanced. Specifically, the study employs a dual-task deep network predicting both pixel-level segmentation images and geometric perception level set representations of the target. The level set is shifted into an approximate segmentation map through a differentiable task transformation layer. Meanwhile, the study also introduces task-level consistency regularization between level line-based and directly predicted segmentation maps on labeled and unlabeled data. Extensive experiments on two public datasets demonstrate that this approach can significantly improve performance through the incorporation of unlabeled data.

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引用本文

马春帅,程远志.基于半监督学习和条件概率的膝关节软骨MRI图像分割.计算机系统应用,,():1-10

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  • 收稿日期:2024-06-08
  • 最后修改日期:2024-07-03
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  • 在线发布日期: 2024-11-15
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