Effective Semi-Supervised Medical Image Segmentation With Probabilistic Representations and Prototype Learning

人工智能 图像分割 计算机科学 概率逻辑 计算机视觉 分割 尺度空间分割 图像(数学) 医学影像学 模式识别(心理学) 机器学习
作者
Yuchen Yuan,Xi Wang,Xikai Yang,Pheng‐Ann Heng
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:44 (3): 1181-1193 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tmi.2024.3484166
摘要

Label scarcity, class imbalance and data uncertainty are three primary challenges that are commonly encountered in the semi-supervised medical image segmentation. In this work, we focus on the data uncertainty issue that is overlooked by previous literature. To address this issue, we propose a probabilistic prototype-based classifier that introduces uncertainty estimation into the entire pixel classification process, including probabilistic representation formulation, probabilistic pixel-prototype proximity matching, and distribution prototype update, leveraging principles from probability theory. By explicitly modeling data uncertainty at the pixel level, model robustness of our proposed framework to tricky pixels, such as ambiguous boundaries and noises, is greatly enhanced when compared to its deterministic counterpart and other uncertainty-aware strategy. Empirical evaluations on three publicly available datasets that exhibit severe boundary ambiguity show the superiority of our method over several competitors. Moreover, our method also demonstrates a stronger model robustness to simulated noisy data. Code is available at https://github.com/IsYuchenYuan/PPC.
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