Left-ventricular ejection fraction (LVEF) is an important indicator of heart failure. Existing methods for LVEF estimation from video require large amounts of annotated data to achieve high performance, e.g. using 10,030 labeled echocardiogram videos to achieve mean absolute error (MAE) of 4.10. Labeling these videos is time-consuming however and limits potential downstream applications to other heart diseases. This paper presents the first semi-supervised approach for LVEF prediction. Unlike general video prediction tasks, LVEF prediction is specifically related to changes in the left ventricle (LV) in echocardiogram videos. By incorporating knowledge learned from predicting LV segmentations into LVEF regression, we can provide additional context to the model for better predictions. To this end, we propose a novel Cyclical Self-Supervision (CSS) method for learning video-based LV segmentation, which is motivated by the observation that the heartbeat is a cyclical process with temporal repetition. Prediction masks from our segmentation model can then be used as additional input for LVEF regression to provide spatial context for the LV region. We also introduce teacher-student distillation to distill the information from LV segmentation masks into an end-to-end LVEF regression model that only requires video inputs. Results show our method outperforms alternative semi-supervised methods and can achieve MAE of 4.17, which is competitive with state-of-the-art supervised performance, using half the number of labels. Validation on an external dataset also shows improved generalization ability from using our method.


翻译:左心跳抛射分数(LVEF)是心脏衰竭的一个重要指标。现有的视频LVEF估计方法需要大量附加说明的数据才能达到高性能,例如,使用10,030个标签的回声心电图视频实现4.10的绝对误差(MAE)。贴上这些视频是耗时的,并且将潜在的下游应用限制于其他心脏病。本文介绍了LVEF预测的第一个半监督方法。与一般视频预测任务不同,LVEF预测具体与回声心电图视频左心电图(LV)的变化有关。通过将从预测半LVEF分解所学的知识纳入LVEF回归,我们可以为更好的预测模型提供更多的背景。为此,我们提出了一个新的Cycloical Selvision(CS)方法,用于学习基于视频的LVE 分解法是一个周期性的过程。我们分解模型的预测元数据元后,可以用作LVEF回归的附加投入, 并且用LVS-reve-ral 版本的方法显示我们总方向的校正方法, 显示我们总校正的校正方法。我们只能的校正方法,我们只能的校正的校正的校正方法可以显示一个LVF 。

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