In this work we introduce CUTS (Contrastive and Unsupervised Training for Segmentation) the first fully unsupervised deep learning framework for medical image segmentation, facilitating the use of the vast majority of imaging data that is not labeled or annotated. Segmenting medical images into regions of interest is a critical task for facilitating both patient diagnoses and quantitative research. A major limiting factor in this segmentation is the lack of labeled data, as getting expert annotations for each new set of imaging data or task can be expensive, labor intensive, and inconsistent across annotators: thus, we utilize self-supervision based on pixel-centered patches from the images themselves. Our unsupervised approach is based on a training objective with both contrastive learning and autoencoding aspects. Previous contrastive learning approaches for medical image segmentation have focused on image-level contrastive training, rather than our intra-image patch-level approach or have used this as a pre-training task where the network needed further supervised training afterwards. By contrast, we build the first entirely unsupervised framework that operates at the pixel-centered-patch level. Specifically, we add novel augmentations, a patch reconstruction loss, and introduce a new pixel clustering and identification framework. Our model achieves improved results on several key medical imaging tasks, as verified by held-out expert annotations on the task of segmenting geographic atrophy (GA) regions of images of the retina.


翻译:在这项工作中,我们引入了第一个完全不受监督的医学图像分割深层学习框架(CUTS)(对分层进行封闭性和不受监督的培训),这是第一个完全不受监督的医学图像分割深层学习框架,便于使用绝大多数没有标签或附加注释的成像数据。将医疗图像分割到感兴趣的区域是一项关键的任务,有助于病人诊断和定量研究。在这一分层中,一个主要的限制因素是缺乏标签数据,因为每套新的成像数据或任务获得专家说明可能是昂贵的,劳动密集的,而且说明者之间也不一致:因此,我们使用基于图像本身的像素中心图谱的自我监督框架。我们非监督的方法基于一个培训目标,既具有对比性学习和自动编码两个方面。医学图像分割以前的对比学习方法侧重于图像层次对比性培训,而不是我们的内成像图层补丁制方法,或者将这一培训前任务用作培训前任务,网络随后需要进一步监督培训。相比之下,我们建立了第一个完全不受监督的框架,在像素中心图像本身的图谱部分上运行的完全不受监督的架构,我们基于对比性学习和自成像结构结构结构结构结构结构结构结构的训练,具体地将一个更新的模型,通过升级的升级的地理结构结构结构图层结构结构结构结构的升级的模型,在我们的升级化结构图组化结构结构结构化结构图层层层化结构上实现一个新的结构的升级的升级的升级的升级,通过升级的升级的升级的升级的模型,以进行。

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