SPJ|Health Data Science:揭秘无标注数据的秘密:多维度助力半监督MRI图像分割

学术   2024-11-19 15:11   北京  



以下内容转载自Science合作期刊:


Science合作期刊Health Data Science《健康数据科学(英文)》近期发表了一篇有关半监督MRI分割的工作,该工作探索了多种半监督学习方法利用无标注数据的有效协同方式,该方法在两个公开数据集和一个私有数据集上表现出了明显的优越性。


作|者|团|队|介|绍

和清源

副主任技师

北京大学第三医院


颜鲲

博士后,助理研究员

北京大学计算机学院


王平

教授,博士生导师

北京大学软件工程国家工程研究中心


韩鸿宾

教授,博士生导师,主任医师,北京大学医学部医学技术研究院院长

北京大学第三医院


刘德风

副主任医师

北京大学第三医院



MRI(磁共振成像)分割是指根据组织类型、解剖结构或病理特征等特性,将MRI划分为不同区域或结构的过程。这种精确的分割为临床医生提供了对准确诊断、疾病追踪和治疗计划制定至关重要的见解。随着神经网络的兴起,基于深度学习的方法在各种MRI分割任务中取得了最先进的性能。然而,这些深度学习方法的有效性往往依赖大规模的密集标注,获取这些注释的成本极高且耗时,这严重阻碍了深度学习技术在现实世界医疗环境中进行MRI分割的应用。这一挑战促使了半监督学习技术的研究,这些技术旨在使用少量标注数据结合大量未标注数据来训练模型,同时获得令人满意的性能。


这篇文章提出了一种新颖的半监督MRI分割方法,该方法通过利用多种半监督学习技术实现能够从多个方面探索无标注数据,并共同提高模型在少量标注数据下的半监督MRI分割性能。该方法主要包含三个关键组件:伪标签分支、一致性正则化分支和重建分支。首先,通过利用无标注数据的预测来创建伪标签,从而迭代式地同时利用有标注和无标注数据对模型进行细化;其次,对输入到解码器的特征进行特征扰动,使用损失函数对模型进行约束确保输出与相应的伪标签特征一致;最后,为了获得更丰富的特征表示,引入了一个辅助重建任务。这些组件协同工作,从而在标注数据稀缺的场景中显著提高模型的分割性能。

该方法使用两个公开的半监督MRI分割数据集和一个私有数据集进行了有效性验证,结果表明该方法实现了最佳的整体性能。例如,在LA数据集上,使用该方法与3D-UNet结合使用时,在仅有20%/10%的标记数据可用时,该方法取得了92.1%/91.0%的Dice评分,与基本的3D-UNet相比,分别提高了+8.7%/+9.9%。此外,在ACDC数据集上,将该方法与UNet结合,在仅有10%/5%的标记数据下,就获得了89.3%/70.2%的Dice评分,比原始UNet分别高出+9.9%/+22.4%。






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期刊简介
Health Data Science(中文刊名《健康数据科学(英文)》)是由北京大学主办、北京大学健康医疗大数据国家研究院承办、北京大学信息技术高等研究院 (浙江)协办的全新英文科技期刊,作为Science合作期刊以开放获取的出版形式全球范围内发行。中国工程院院士、北京大学健康医疗大数据国家研究院院长詹启敏院士担任主编。期刊于2020年7月入选“中国科技期刊卓越行动计划”高起点新刊项目,2021年2月经国家新闻出版署批准取得国内统一连续出版物号(CN10-1749/R)。现已被PubMed、Scopus、CNKI、Google Scholar、开放获取期刊目录(Directory of Open Access Journals,简称DOAJ)、Inspec和CABI Global Health收录,并被正式接受为国际出版伦理委员会会员(COPE member)。

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