Automated segmentation in medical image analysis is a challenging task that requires a large amount of manually labeled data. However, manually annotating medical data is often laborious, and most existing learning-based approaches fail to accurately delineate object boundaries without effective geometric constraints. Contrastive learning, a sub-area of self-supervised learning, has recently been noted as a promising direction in multiple application fields. In this work, we present a novel Contrastive Voxel-wise Representation Learning (CVRL) method with geometric constraints to learn global-local visual representations for volumetric medical image segmentation with limited annotations. Our framework can effectively learn global and local features by capturing 3D spatial context and rich anatomical information. Specifically, we introduce a voxel-to-volume contrastive algorithm to learn global information from 3D images, and propose to perform local voxel-to-voxel contrast to explicitly make use of local cues in the embedding space. Moreover, we integrate an elastic interaction-based active contour model as a geometric regularization term to enable fast and reliable object delineations in an end-to-end learning manner. Results on the Atrial Segmentation Challenge dataset demonstrate superiority of our proposed scheme, especially in a setting with a very limited number of annotated data.


翻译:医学图像分析中的自动分割是一项艰巨的任务,需要大量手工贴标签的数据。然而,人工说明医学数据往往是艰巨的,而且大多数现有的基于学习的方法无法在没有有效几何限制的情况下准确划定物体界限。最近发现,在多种应用领域,自监督学习的一个子领域是自学的子领域,这是最近发现的一个很有希望的方向。在这项工作中,我们提出了一个具有几何限制的新颖的反交相异向演示学习(CVRL)方法,以学习全球-地方对体积医学图像分割的直观显示,但注释有限。我们的框架可以通过捕捉3D空间背景和丰富的解剖学信息,有效地学习全球和地方特征。具体地说,我们采用了一种从3D图像中学习全球信息的反向量对比算法,并提议进行本地的 voxel- voxel 对比法,以便在嵌入空间中明确使用本地的提示。此外,我们将一个基于弹性互动的主动轮廓模型,作为几何测量正规化术语,以便能够在最终的平面结构中快速和可靠地标定物体划界,特别以显示变压式的方法。

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