The field of surgical computer vision has undergone considerable breakthroughs in recent years with the rising popularity of deep neural network-based methods. However, standard fully-supervised approaches for training such models require vast amounts of annotated data, imposing a prohibitively high cost; especially in the clinical domain. Self-Supervised Learning (SSL) methods, which have begun to gain traction in the general computer vision community, represent a potential solution to these annotation costs, allowing to learn useful representations from only unlabeled data. Still, the effectiveness of SSL methods in more complex and impactful domains, such as medicine and surgery, remains limited and unexplored. In this work, we address this critical need by investigating four state-of-the-art SSL methods (MoCo v2, SimCLR, DINO, SwAV) in the context of surgical computer vision. We present an extensive analysis of the performance of these methods on the Cholec80 dataset for two fundamental and popular tasks in surgical context understanding, phase recognition and tool presence detection. We examine their parameterization, then their behavior with respect to training data quantities in semi-supervised settings. Correct transfer of these methods to surgery, as described and conducted in this work, leads to substantial performance gains over generic uses of SSL - up to 7% on phase recognition and 20% on tool presence detection - as well as state-of-the-art semi-supervised phase recognition approaches by up to 14%. The code will be made available at https://github.com/CAMMA-public/SelfSupSurg.


翻译:近年来,随着深层神经网络方法的普及程度的提高,外科计算机视野领域取得了相当大的突破,近年来随着深层神经网络方法的普及程度的提高,外科计算机视野领域也取得了相当大的突破;然而,标准、完全监督的这类模型培训方法仍然有限和未开发,因此需要大量附加说明的数据,造成过高的成本,特别是在临床领域。自我监督的学习方法已开始在一般计算机视觉界获得牵引力,是解决这些批注成本的一个潜在解决方案,仅能从无标签的数据中学习有用的表述。不过,在外科背景理解、阶段识别和工具存在检测中,SLS在更复杂和更具影响力的领域(如医学和外科)仍然有限和未开发。在此工作中,我们通过调查四种最先进的SLSL方法(MoC v2, SimCLR,DINO, SwaV),解决这一关键需要。 我们对这些方法的绩效进行了广泛分析,这些方法在Choloc80数据集上的表现,用于两种基本和受欢迎的任务,即外科背景理解、阶段识别和工具发现。我们研究了这些方法的参数化方法,然后在半超级SLSLA中描述其培训数据数量上的行为,作为SLA阶段的大规模应用应用应用,这些工具应用的升级,这些方法将这些工具的升级的升级的升级到可转换到可转换到可用作。

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