Robust segmentation of infant brain MRI across multiple ages, modalities, and sites remains challenging due to the intrinsic heterogeneity caused by different MRI scanners, vendors, or acquisition sequences, as well as varying stages of neurodevelopment. To address this challenge, previous studies have explored domain adaptation (DA) algorithms from various perspectives, including feature alignment, entropy minimization, contrast synthesis (style transfer), and pseudo-labeling. This paper introduces a novel framework called MAPSeg (Masked Autoencoding and Pseudo-labelling Segmentation) to address the challenges of cross-age, cross-modality, and cross-site segmentation of subcortical regions in infant brain MRI. Utilizing 3D masked autoencoding as well as masked pseudo-labeling, the model is able to jointly learn from labeled source domain data and unlabeled target domain data. We evaluated our framework on expert-annotated datasets acquired from different ages and sites. MAPSeg consistently outperformed other methods, including previous state-of-the-art supervised baselines, domain generalization, and domain adaptation frameworks in segmenting subcortical regions regardless of age, modality, or acquisition site. The code and pretrained encoder will be publicly available at https://github.com/XuzheZ/MAPSeg


翻译:横跨多个年龄、模态和扫描场地的婴儿脑MRI的鲁棒分割由于不同MRI扫描仪、供应商或采集序列以及不同的神经发育阶段而产生的本质异质性而仍然具有挑战性。为了解决这个问题,以前的研究从不同的角度探索了领域自适应(DA)算法,包括特征对齐、熵最小化、对比度合成(风格转移)和伪标记等。本文提出了一个新的框架MAPSeg(Masked Autoencoding and Pseudo-labelling Segmentation),以应对异质婴儿脑MRI亚皮质区域的跨年龄、跨模态和跨站点分割的挑战。利用3D掩码自编码以及掩码伪标记,该模型能够同时从有标记的源域数据和无标记的目标域数据中进行学习。我们在从不同年龄和站点获取的专家注释的数据集上评估了我们的框架。MAPSeg在无论年龄、模态还是采集地点方面,始终优于其他方法,包括先前的最先进的有监督基线、领域泛化和领域适应框架,在分割亚皮质区域方面具有良好的表现。代码和预训练的编码器将在https://github.com/XuzheZ/MAPSeg上公开。

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