Contrastive learning has shown great promise over annotation scarcity problems in the context of medical image segmentation. Existing approaches typically assume a balanced class distribution for both labeled and unlabeled medical images. However, medical image data in reality is commonly imbalanced (i.e., multi-class label imbalance), which naturally yields blurry contours and usually incorrectly labels rare objects. Moreover, it remains unclear whether all negative samples are equally negative. In this work, we present ACTION, an Anatomical-aware ConTrastive dIstillatiON framework, for semi-supervised medical image segmentation. Specifically, we first develop an iterative contrastive distillation algorithm by softly labeling the negatives rather than binary supervision between positive and negative pairs. We also capture more semantically similar features from the randomly chosen negative set compared to the positives to enforce the diversity of the sampled data. Second, we raise a more important question: Can we really handle imbalanced samples to yield better performance? Hence, the key innovation in ACTION is to learn global semantic relationship across the entire dataset and local anatomical features among the neighbouring pixels with minimal additional memory footprint. During the training, we introduce anatomical contrast by actively sampling a sparse set of hard negative pixels, which can generate smoother segmentation boundaries and more accurate predictions. Extensive experiments across two benchmark datasets and different unlabeled settings show that ACTION significantly outperforms the current state-of-the-art semi-supervised methods.


翻译:对比性学习显示,在医学图像分割背景下,对批注短缺问题有巨大的希望。 现有方法通常假定标签和未标签医疗图像的分类分布平衡。 然而, 现实中的医学图像数据通常不平衡( 多类标签不平衡), 自然产生模糊的轮廓, 通常错误地标出稀有对象。 此外, 仍然不清楚所有负面样本是否都同样是负面的。 在此工作中, 我们介绍Action, 一个对解剖- 觉悟的 conTrastatition dstillation 框架, 用于半监督的医疗图像分割。 具体地说, 我们首先通过软标签标签, 而不是正对对对对正对对正对正对正对正对正的二进制监督来开发一个迭代对比式的蒸馏算法。 我们还从随机选择的负数组中捕捉了更相似的特征, 与正选数据多样性相比。 其次, 我们提出一个更重要的问题: 我们能否真正处理不平衡的样本来产生更好的业绩? 因此, 行动中的关键创新是学习整个数据分类的不透明关系, 在整个数据设置和本地的精确度之间, 将产生一个更深层次的模拟的精确的缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩 。</s>

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