Triple-task mutual consistency for semi-supervised 3D medical image segmentation

计算机科学 人工智能 分割 正规化(语言学) 体素 模式识别(心理学) 聚类分析 深度学习 任务(项目管理) 一致性(知识库) 机器学习 管理 经济
作者
Yantao Chen,Yong Ma,Xiaoguang Mei,Lin Zhang,Zhigang Fu,Jiayi Ma
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier]
卷期号:: 108506-108506
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2024.108506
摘要

Semi-supervised deep learning algorithm is an effective means of medical image segmentation. Among these methods, multi-task learning with consistency regularization has achieved outstanding results. However, most of the existing methods usually simply embed the Signed Distance Map (SDM) task into the network, which underestimates the potential ability of SDM in edge awareness and leads to excessive dependence between tasks. In this work, we propose a novel triple-task mutual consistency (TTMC) framework to enhance shape and edge awareness capabilities, and overcome the task dependence problem underestimated in previous work. Specifically, we innovatively construct the Signed Attention Map (SAM), a novel fusion image with attention mechanism, and use it as an auxiliary task for segmentation to enhance the edge awareness ability. Then we implement a triple-task deep network, which jointly predicts the voxel-wise classification map, the Signed Distance Map and the Signed Attention Map. In our proposed framework, an optimized differentiable transformation layer associates SDM with voxel-wise classification map and SAM prediction, while task-level consistency regularization utilizes unlabeled data in an unsupervised manner. Evaluated on the public Left Atrium dataset and NIH Pancreas dataset, our proposed framework achieves significant performance gains by effectively utilizing unlabeled data, outperforming recent state-of-the-art semi-supervised segmentation methods. Code is available at https://github.com/Saocent/TTMC.
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