Semi-supervised learning (SSL) is a promising machine learning paradigm to address the issue of label scarcity in medical imaging. SSL methods were originally developed in image classification. The state-of-the-art SSL methods in image classification utilise consistency regularisation to learn unlabelled predictions which are invariant to input level perturbations. However, image level perturbations violate the cluster assumption in the setting of segmentation. Moreover, existing image level perturbations are hand-crafted which could be sub-optimal. Therefore, it is a not trivial to straightforwardly adapt existing SSL image classification methods in segmentation. In this paper, we propose MisMatch, a semi-supervised segmentation framework based on the consistency between paired predictions which are derived from two differently learnt morphological feature perturbations. MisMatch consists of an encoder and two decoders. One decoder learns positive attention for foreground on unlabelled data thereby generating dilated features of foreground. The other decoder learns negative attention for foreground on the same unlabelled data thereby generating eroded features of foreground. We first develop a 2D U-net based MisMatch framework and perform extensive cross-validation on a CT-based pulmonary vessel segmentation task and show that MisMatch statistically outperforms state-of-the-art semi-supervised methods when only 6.25\% of the total labels are used. In a second experiment, we show that U-net based MisMatch outperforms state-of-the-art methods on an MRI-based brain tumour segmentation task. In a third experiment, we show that a 3D MisMatch outperforms a previous method using input level augmentations, on a left atrium segmentation task. Lastly, we find that the performance improvement of MisMatch over the baseline might originate from its better calibration.


翻译:半监督学习( SSL) 是处理医疗成像中标签稀缺问题的有希望的机器学习模式。 SSL 方法最初是在图像分类中开发的。 在图像分类中, 最先进的 SSL 方法利用一致性常规化来学习无标签的预测, 这些预测与输入的扰动水平不相容。 然而, 图像水平的扰动违反了分解设置中的组假设。 此外, 现有的图像水平扰动是手工制作的, 可能是次优化的。 因此, 直接在分割中调整现有的 SSL 图像分类方法并非微不足道 。 在本文件中, 我们建议 MisMatch, 一个半监督的分解分析框架, 以两种不同学得的形态特征相匹配的预测为根据。 MisM 匹配包含一个前一个编码和两个分解器。 一个分解器从未加标签的分解数据中找到一个正向前部位, 从而产生分层的分解特性。 另一分解器在基于 6- IM 的 直径直径比值上, 直径直径直径直径直向显示一个显示一个不全局的直径直径直径路路路路段, 。 显示显示显示一个显示一个以显示一个以显示的直径向方向显示的状态显示的状态路段。

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