Volumetric medical image segmentation presents unique challenges due to the inherent anatomical structure and limited availability of annotations. While recent methods have shown promise by contrasting spatial relationships between slices, they rely on hard binary thresholds to define positive and negative samples, thereby discarding valuable continuous information about anatomical similarity. Moreover, these methods overlook the global directional consistency of anatomical progression, resulting in distorted feature spaces that fail to capture the canonical anatomical manifold shared across patients. To address these limitations, we propose Coordinative Ordinal-Relational Anatomical Learning (CORAL) to capture both local and global structure in volumetric images. First, CORAL employs a contrastive ranking objective to leverage continuous anatomical similarity, ensuring relational feature distances between slices are proportional to their anatomical position differences. In addition, CORAL incorporates an ordinal objective to enforce global directional consistency, aligning the learned feature distribution with the canonical anatomical progression across patients. Learning these inter-slice relationships produces anatomically informed representations that benefit the downstream segmentation task. Through this coordinative learning framework, CORAL achieves state-of-the-art performance on benchmark datasets under limited-annotation settings while learning representations with meaningful anatomical structure. Code is available at https://github.com/haoyiwang25/CORAL.


翻译:三维医学图像分割因其固有的解剖结构特性及标注数据有限而面临独特挑战。现有方法通过对比切片间的空间关系展现出潜力,但依赖硬性二元阈值定义正负样本,从而丢弃了关于解剖相似性的宝贵连续信息。此外,这些方法忽略了解剖演进的全局方向一致性,导致特征空间扭曲,无法捕捉跨患者共享的规范解剖流形。为应对这些局限,我们提出协调式序数-关系解剖学习(CORAL)方法,以同时捕捉三维图像的局部与全局结构。首先,CORAL采用对比排序目标函数,利用连续的解剖相似性,确保切片间特征距离与其解剖位置差异成比例。此外,CORAL引入序数目标函数以强化全局方向一致性,使学习到的特征分布与跨患者的规范解剖演进对齐。通过学习切片间关系,CORAL生成具有解剖学信息的表征,从而提升下游分割任务的性能。通过该协调学习框架,CORAL在有限标注设置下的基准数据集上实现了最先进的性能,同时学习到具有明确解剖结构的表征。代码发布于https://github.com/haoyiwang25/CORAL。

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