Correspondence-based Generative Bayesian Deep Learning for semi-supervised volumetric medical image segmentation

计算机科学 分割 人工智能 生成模型 注释 匹配(统计) 模式识别(心理学) 机器学习 贝叶斯概率 监督学习 交叉熵 图像分割 特征(语言学) 数据挖掘 生成语法 人工神经网络 数学 哲学 统计 语言学
作者
Yuzhou Zhao,Xinyu Zhou,Tongxin Pan,Shuyong Gao,Wenqiang Zhang
出处
期刊:Computerized Medical Imaging and Graphics [Elsevier]
卷期号:113: 102352-102352 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.compmedimag.2024.102352
摘要

Automated medical image segmentation plays a crucial role in diverse clinical applications. The high annotation costs of fully-supervised medical segmentation methods have spurred a growing interest in semi-supervised methods. Existing semi-supervised medical segmentation methods train the teacher segmentation network using labeled data to establish pseudo labels for unlabeled data. The quality of these pseudo labels is constrained as these methods fail to effectively address the significant bias in the data distribution learned from the limited labeled data. To address these challenges, this paper introduces an innovative Correspondence-based Generative Bayesian Deep Learning (C-GBDL) model. Built upon the teacher–student architecture, we design a multi-scale semantic correspondence method to aid the teacher model in generating high-quality pseudo labels. Specifically, our teacher model, embedded with the multi-scale semantic correspondence, learns a better-generalized data distribution from input volumes by feature matching with the reference volumes. Additionally, a double uncertainty estimation schema is proposed to further rectify the noisy pseudo labels. The double uncertainty estimation takes the predictive entropy as the first uncertainty estimation and takes the structural similarity between the input volume and its corresponding reference volumes as the second uncertainty estimation. Four groups of comparative experiments conducted on two public medical datasets demonstrate the effectiveness and the superior performance of our proposed model. Our code is available on https://github.com/yumjoo/C-GBDL.

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