3D光学相干断层扫描图像中视网膜流体的准确分割是诊断和个性化眼部疾病的关键。尽管深度学习在这项任务上取得了成功，但受过训练的监督模型通常会因不像标记示例的图像而失败，例如对于使用不同设备获取的图像。我们在此提出了一个新型的半监督学习框架，用于从新未标记的域分割体积图像。我们共同使用受监督和对比度学习，还引入了一种对比配对方案，该方案利用3D中附近切片之间的相似性。此外，我们建议通过渠道聚合作为对比特征图投影的常规空间释放聚合的替代方法。我们评估了从（标记的）源域对（未标记的）目标域的域适应方法，每个方法都包含具有不同采集设备的图像。在目标域中，我们的方法获得了比SIMCLR（最先进的对比框架）高13.8％的骰子系数，并导致结果可与该领域中有监督的训练的上限相当。在源域中，我们的模型还通过成功利用来自许多未标记的图像的信息，将结果提高了5.4％。

这项工作提出了一个新颖的框架CISFA（对比图像合成和自我监督的特征适应），该框架建立在图像域翻译和无监督的特征适应性上，以进行跨模式生物医学图像分割。与现有作品不同，我们使用单方面的生成模型，并在输入图像的采样贴片和相应的合成图像之间添加加权贴片对比度损失，该图像用作形状约束。此外，我们注意到生成的图像和输入图像共享相似的结构信息，但具有不同的方式。因此，我们在生成的图像和输入图像上强制实施对比损失，以训练分割模型的编码器，以最大程度地减少学到的嵌入空间中成对图像之间的差异。与依靠对抗性学习进行特征适应的现有作品相比，这种方法使编码器能够以更明确的方式学习独立于域的功能。我们对包含腹腔和全心的CT和MRI图像的分割任务进行了广泛评估。实验结果表明，所提出的框架不仅输出了较小的器官形状变形的合成图像，而且还超过了最先进的域适应方法的较大边缘。

监管基于深度学习的方法，产生医学图像分割的准确结果。但是，它们需要大量标记的数据集，并获得它们是一种艰苦的任务，需要临床专业知识。基于半/自我监督的学习方法通​​过利用未标记的数据以及有限的注释数据来解决此限制。最近的自我监督学习方法使用对比损失来从未标记的图像中学习良好的全球层面表示，并在像想象网那样的流行自然图像数据集上实现高性能。在诸如分段的像素级预测任务中，对于学习良好的本地级别表示以及全局表示来说至关重要，以实现更好的准确性。然而，现有的局部对比损失的方法的影响仍然是学习良好本地表现的限制，因为类似于随机增强和空间接近定义了类似和不同的局部区域;由于半/自我监督设置缺乏大规模专家注释，而不是基于当地地区的语义标签。在本文中，我们提出了局部对比损失，以便通过利用从未标记的图像的未标记图像的伪标签获得的语义标签信息来学习用于分割的良好像素级别特征。特别地，我们定义了建议的损失，以鼓励具有相同伪标签/标签的像素的类似表示，同时与数据集中的不同伪标签/标签的像素的表示。我们通过联合优化标记和未标记的集合和仅限于标记集的分割损失，通过联合优化拟议的对比损失来进行基于伪标签的自培训和培训网络。我们在三个公共心脏和前列腺数据集上进行了评估，并获得高分割性能。

A key requirement for the success of supervised deep learning is a large labeled dataset -a condition that is difficult to meet in medical image analysis. Selfsupervised learning (SSL) can help in this regard by providing a strategy to pre-train a neural network with unlabeled data, followed by fine-tuning for a downstream task with limited annotations. Contrastive learning, a particular variant of SSL, is a powerful technique for learning image-level representations. In this work, we propose strategies for extending the contrastive learning framework for segmentation of volumetric medical images in the semi-supervised setting with limited annotations, by leveraging domain-specific and problem-specific cues. Specifically, we propose (1) novel contrasting strategies that leverage structural similarity across volumetric medical images (domain-specific cue) and (2) a local version of the contrastive loss to learn distinctive representations of local regions that are useful for per-pixel segmentation (problem-specific cue). We carry out an extensive evaluation on three Magnetic Resonance Imaging (MRI) datasets. In the limited annotation setting, the proposed method yields substantial improvements compared to other self-supervision and semi-supervised learning techniques. When combined with a simple data augmentation technique, the proposed method reaches within 8% of benchmark performance using only two labeled MRI volumes for training, corresponding to only 4% (for ACDC) of the training data used to train the benchmark. The code is made public at https://github.com/krishnabits001/domain_specific_cl. 34th Conference on Neural Information Processing Systems (NeurIPS 2020),

在这项工作中，我们提出了基于跨域核分割的基于无监督的域适应性（UDA）方法。核在不同癌症类型的结构和外观上有很大差异，在接受一种癌症类型训练并在另一种癌症上进行测试时，深度学习模型的性能下降。这种结构域的转移变得更加关键，因为准确的分割和核的定量是对患者诊断/预后的重要组织病理学任务，并且在像素水平上对新癌症类型的核注释核需要医疗专家的广泛努力。为了解决这个问题，我们最大程度地提高了标记的源癌类型数据和未标记的目标癌类型数据之间的MI，以转移跨域的核分割知识。我们使用Jensen-Shanon Divergence结合，每对只需要一个负对以进行MI最大化。我们评估了多个建模框架和不同数据集的设置，其中包括20多个癌症型领域的变化并展示了竞争性能。所有最近提出的方法包括用于改善域适应性的多个组件，而我们提出的模块很轻，可以轻松地将其纳入其他方法（实施：https：//github.com/yashsharma/mani）。

医学图像分析中的自动分割是一个具有挑战性的任务，需要大量手动标记的数据。然而，手动注释的医疗数据通常是费力的，并且大多数现有的基于学习的方法都无法准确地描绘对象边界而没有有效的几何约束。对比学习，自我监督学习的子区域最近被指出在多个应用领域的有希望的方向。在这项工作中，我们提出了一种具有几何约束的新型对比体Voxel-Wise表示蒸馏（CVRD）方法，用于学习具有有限注释的体积医学图像分割的全球局部视觉表示。我们的框架可以通过捕获3D空间上下文和丰富的解剖信息，有效地学习全球和局部特征。具体地，我们引入了一种体素到体积对比算法来学习来自3D图像的全局信息，并建议对局部体素到体素蒸馏进行，以明确地利用嵌入空间中的本地线索。此外，我们将基于弹性交互的主动轮廓模型集成为几何正则化术语，以实现以端到端的学习方式实现快速且可靠的对象划分。结果对心房分割挑战，数据集展示了我们所提出的方案的优势，尤其是在具有非常有限数量的注释数据的设置中。代码将在https://github.com/charlesyou999648/cvrd上获得。

卷积神经网络（CNN）已经实现了医学图像细分的最先进性能，但需要大量的手动注释进行培训。半监督学习（SSL）方法有望减少注释的要求，但是当数据集大小和注释图像的数量较小时，它们的性能仍然受到限制。利用具有类似解剖结构的现有注释数据集来协助培训，这有可能改善模型的性能。然而，由于目标结构的外观不同甚至成像方式，跨解剖结构域的转移进一步挑战。为了解决这个问题，我们提出了跨解剖结构域适应（CS-CADA）的对比度半监督学习，该学习适应一个模型以在目标结构域中细分相似的结构，这仅需要通过利用一组现有现有的现有的目标域中的限制注释源域中相似结构的注释图像。我们使用特定领域的批归归量表（DSBN）来单独地标准化两个解剖域的特征图，并提出跨域对比度学习策略，以鼓励提取域不变特征。它们被整合到一个自我兼容的均值老师（SE-MT）框架中，以利用具有预测一致性约束的未标记的目标域图像。广泛的实验表明，我们的CS-CADA能够解决具有挑战性的跨解剖结构域移位问题，从而在视网膜血管图像和心脏MR图像的帮助下，在X射线图像中准确分割冠状动脉，并借助底底图像，分别仅给定目标域中的少量注释。

无监督的域适应性（UDA）旨在将所学的知识从标记的源域转移到未标记的目标域。在UDA的背景下，对比度学习（CL）可以帮助更好地在特征空间中分开类。然而，在图像分割中，由于像素对比度损失的计算，较大的记忆足迹使其使用过度。此外，在医学成像中不容易获得标记的目标数据，并且获得新样品并不经济。结果，在这项工作中，当只有几个（几个）或单个（OneShot）图像可从目标域中获得时，我们将解决更具挑战性的UDA任务。我们应用样式转移模块来减轻目标样本的稀缺性。然后，为了使源和目标特征保持一致并解决传统对比损失的记忆问题，我们提出了基于质心的对比度学习（CCL）和质心规范规则器（CNR），以在方向和幅度上优化对比度对。此外，我们提出了多区域质心学习（MPCCL），以进一步降低目标特征的差异。对MS-CMRSEG数据集的几乎没有Shot评估表明，与基线相比，Cunduda在目标域上的分割性能提高了0.34的骰子分数，并且在更严格的Oneshot设置中提高了0.31骰子分数。

有了大规模标记的数据集，深度学习在医学图像分割方面已取得了重大成功。但是，由于广泛的专业知识要求和昂贵的标签工作，在临床实践中获取大量注释是具有挑战性的。最近，对比学习表明，在未标记的数据上进行视觉表示学习的能力很强，在许多领域中实现了令人印象深刻的性能与监督的学习。在这项工作中，我们提出了一个新型的多尺度多视图全球对比度学习（MMGL）框架，以彻底探索不同尺度的全球和局部特征，并观察到可靠的对比度学习表现，从而通过有限的注释来改善细分性能。在MM-WHS数据集上进行的广泛实验证明了MMGL框架对半监视的心脏图像分割的有效性，从而超过了最先进的对比度学习方法，这是通过较大的余量。

对大脑的电子显微镜（EM）体积的精确分割对于表征细胞或细胞器水平的神经元结构至关重要。尽管有监督的深度学习方法在过去几年中导致了该方向的重大突破，但它们通常需要大量的带注释的数据才能接受培训，并且在类似的实验和成像条件下获得的其他数据上的表现不佳。这是一个称为域适应的问题，因为从样本分布（或源域）中学到的模型难以维持其对从不同分布或目标域提取的样品的性能。在这项工作中，我们解决了基于深度学习的域适应性的复杂案例，以跨不同组织和物种的EM数据集进行线粒体分割。我们提出了三种无监督的域适应策略，以根据（1）两个域之间的最新样式转移来改善目标域中的线粒体分割； （2）使用未标记的源和目标图像预先培训模型的自我监督学习，然后仅用源标签进行微调； （3）具有标记和未标记图像的端到端训练的多任务神经网络体系结构。此外，我们提出了基于在源域中仅获得的形态学先验的新训练停止标准。我们使用三个公开可用的EM数据集进行了所有可能的跨数据库实验。我们评估了目标数据集预测的线粒体语义标签的拟议策略。此处介绍的方法优于基线方法，并与最新的状态相比。在没有验证标签的情况下，监视我们提出的基于形态的度量是停止训练过程并在平均最佳模型中选择的直观有效的方法。

Deep learning models can achieve high accuracy when trained on large amounts of labeled data. However, real-world scenarios often involve several challenges: Training data may become available in installments, may originate from multiple different domains, and may not contain labels for training. Certain settings, for instance medical applications, often involve further restrictions that prohibit retention of previously seen data due to privacy regulations. In this work, to address such challenges, we study unsupervised segmentation in continual learning scenarios that involve domain shift. To that end, we introduce GarDA (Generative Appearance Replay for continual Domain Adaptation), a generative-replay based approach that can adapt a segmentation model sequentially to new domains with unlabeled data. In contrast to single-step unsupervised domain adaptation (UDA), continual adaptation to a sequence of domains enables leveraging and consolidation of information from multiple domains. Unlike previous approaches in incremental UDA, our method does not require access to previously seen data, making it applicable in many practical scenarios. We evaluate GarDA on two datasets with different organs and modalities, where it substantially outperforms existing techniques.

无监督的域适应性（UDA）是解决一个问题的关键技术之一，很难获得监督学习所需的地面真相标签。通常，UDA假设在培训过程中可以使用来自源和目标域中的所有样本。但是，在涉及数据隐私问题的应用下，这不是现实的假设。为了克服这一限制，最近提出了无源数据的UDA，即无源无监督的域适应性（SFUDA）。在这里，我们提出了一种用于医疗图像分割的SFUDA方法。除了在UDA中通常使用的熵最小化方法外，我们还引入了一个损失函数，以避免目标域中的特征规范和在保留目标器官的形状约束之前。我们使用数据集进行实验，包括多种类型的源目标域组合，以显示我们方法的多功能性和鲁棒性。我们确认我们的方法优于所有数据集中的最先进。

医学图像分割或计算voxelwise语义面具是一个基本又具有挑战性的任务，用于计算体素级语义面具。为了提高编码器 - 解码器神经网络在大型临床队列中执行这项任务的能力，对比学习提供了稳定模型初始化和增强编码器而无需标签的机会。然而，多个目标对象（具有不同的语义含义）可能存在于单个图像中，这使得适应传统的对比学习方法从普遍的“图像级分类”到“像素级分段”中的问题。在本文中，我们提出了一种简单的语义感知对比学习方法，利用注意掩模来推进多对象语义分割。简而言之，我们将不同的语义对象嵌入不同的群集而不是传统的图像级嵌入。我们在与内部数据和Miccai挑战2015 BTCV数据集中的多器官医学图像分段任务中评估我们提出的方法。与目前的最先进的培训策略相比，我们拟议的管道分别产生了两种医学图像分割队列的骰子评分的大幅提高5.53％和6.09％（P值<0.01）。通过Pascal VOC 2012 DataSet进一步评估了所提出的方法的性能，并在MiOU（P值<0.01）上实现了2.75％的大幅提高。

医学计算机视觉的最新自我监督进步利用了在下游任务（例如分割）之前预处理的全球和局部解剖自我相似性。但是，当前方法假设I.I.D.图像采集是在临床研究设计中无效的，其中随访纵向扫描跟踪特定于主体的时间变化。此外，现有的自我监督方法用于医学上相关的图像到图像体系结构仅利用空间或时间自相似性，并且仅通过在单个图像尺度上应用的损失来进行，而天真的多尺度空间时空扩展崩溃了解决方案。对于这些目的，本文做出了两种贡献：（1）它提出了一种局部和多规模的时空表示方法，用于对纵向图像进行训练的图像到图像架构。它利用了学到的多尺度内部主体内特征的时空自相似性来进行训练，并开发出几种特征正规化，以避免崩溃的身份表示。 （2）在填充期间，它提出了一个令人惊讶的简单的自我监督分割一致性正规化以利用受试者内部的相关性。该框架以单次分割设置为基准，该框架的表现优于良好调整的随机定位基线和为I.I.D设计的当前自我监督技术。和纵向数据集。在纵向神经退行性的成年MRI和发育的婴儿脑MRI中，这些改进都得到了证明，并产生了更高的性能和纵向一致性。

本文为半监督医学图像分割提供了一个简单而有效的两阶段框架。我们的主要洞察力是探索用标记和未标记的（即伪标记）图像的特征表示学习，以增强分段性能。在第一阶段，我们介绍了一种炼层的不确定感知方法，即Aua，以改善产生高质量伪标签的分割性能。考虑到医学图像的固有歧义，Aua自适应地规范了具有低歧义的图像的一致性。为了提高代表学习，我们提出了一种舞台适应性的对比学习方法，包括边界意识的对比损失，以规范第一阶段中标记的图像，并在第二阶段中的原型感知对比损失优化标记和伪标记的图像阶段。边界意识的对比损失仅优化分段边界周围的像素，以降低计算成本。原型感知对比损失通过为每个类构建质心来充分利用标记的图像和伪标记的图像，以减少对比较的计算成本。我们的方法在两个公共医学图像分割基准上实现了最佳结果。值得注意的是，我们的方法在结肠肿瘤分割的骰子上以5.7％的骰子依赖于只有5％标记的图像而表现出5.7％。

胎儿超声（US）中胎盘的自动分割由于（i）（i）胎盘外观的高度多样性而具有挑战性我们禁止在妊娠晚期进行整个胎盘评估的观点。在这项工作中，我们通过多任务学习方法解决了这三个挑战，该方法结合了单个卷积神经网络中胎盘位置（例如，前，后部）和语义胎盘分段的分类。通过分类任务，模型可以从更大，更多样化的数据集中学习，同时在有限的训练集条件下提高分割任务的准确性。通过这种方法，我们研究了多个评估者的注释的变异性，并表明我们的自动分割（前胎盘的骰子为0.86，后胎盘的骰子为0.83），与观察者内和观察者间的变异性相比，我们的自动段性能达到了人级的性能。最后，我们的方法可以使用由三个阶段组成的多视图US采集管道提供整个胎盘分割：多探针图像采集，图像融合和图像分段。这会导致对较大结构（例如胎盘中的胎盘）的高质量分割，其图像伪像降低，这超出了单个探针的视野。

前列腺活检和图像引导的治疗程序通常是在与磁共振图像（MRI）的超声指导下进行的。准确的图像融合依赖于超声图像上前列腺的准确分割。然而，超声图像中降低的信噪比和工件（例如，斑点和阴影）限制了自动前列腺分割技术的性能，并将这些方法推广到新的图像域是本质上很难的。在这项研究中，我们通过引入一种新型的2.5D深神经网络来解决这些挑战，用于超声图像上的前列腺分割。我们的方法通过组合有监督的域适应技术和知识蒸馏损失，解决了转移学习和填充方法的局限性（即，在更新模型权重时，在更新模型权重时的性能下降）。知识蒸馏损失允许保留先前学习的知识，并在新数据集上的模型填充后降低性能下降。此外，我们的方法依赖于注意模块，该模块认为模型特征定位信息以提高分割精度。我们对一个机构的764名受试者进行了培训，并仅使用后续机构中的十个受试者对我们的模型进行了审核。我们分析了方法在三个大型数据集上的性能，其中包括来自三个不同机构的2067名受试者。我们的方法达到了平均骰子相似性系数（骰子）为$ 94.0 \ pm0.03 $，而Hausdorff距离（HD95）为2.28 $ mm $，在第一机构的独立受试者中。此外，我们的模型在其他两个机构的研究中都很好地概括了（骰子：$ 91.0 \ pm0.03 $; hd95：3.7 $ mm $ and Dice：$ 82.0 \ pm0.03 $; hd95 $; hd95：7.1 $ mm $）。

域适应（DA）最近在医学影像社区提出了强烈的兴趣。虽然已经提出了大量DA技术进行了用于图像分割，但大多数这些技术已经在私有数据集或小公共可用数据集上验证。此外，这些数据集主要解决了单级问题。为了解决这些限制，与第24届医学图像计算和计算机辅助干预（Miccai 2021）结合第24届国际会议组织交叉模态域适应（Crossmoda）挑战。 Crossmoda是无监督跨型号DA的第一个大型和多级基准。挑战的目标是分割参与前庭施瓦新瘤（VS）的后续和治疗规划的两个关键脑结构：VS和Cochleas。目前，使用对比度增强的T1（CET1）MRI进行VS患者的诊断和监测。然而，使用诸如高分辨率T2（HRT2）MRI的非对比度序列越来越感兴趣。因此，我们创建了一个无人监督的跨模型分段基准。训练集提供注释CET1（n = 105）和未配对的非注释的HRT2（n = 105）。目的是在测试集中提供的HRT2上自动对HRT2进行单侧VS和双侧耳蜗分割（n = 137）。共有16支球队提交了评估阶段的算法。顶级履行团队达成的表现水平非常高（最佳中位数骰子 - vs：88.4％; Cochleas：85.7％）并接近完全监督（中位数骰子 - vs：92.5％;耳蜗：87.7％）。所有顶级执行方法都使用图像到图像转换方法将源域图像转换为伪目标域图像。然后使用这些生成的图像和为源图像提供的手动注释进行培训分割网络。

无监督的域适应（UDA）旨在将标记的源分布与未标记的目标分布对齐，以获取域不变预测模型。然而，众所周知的UDA方法的应用在半监督域适应（SSDA）方案中不完全概括，其中来自目标域的少数标记的样本可用。在本文中，我们提出了一种用于半监督域适应（CLDA）的简单对比学习框架，该框架试图在SSDA中弥合标记和未标记的目标分布与源极和未标记的目标分布之间的域间差距之间的域间隙。我们建议采用类明智的对比学学习来降低原始（输入图像）和强大增强的未标记目标图像之间的域间间隙和实例级对比度对准，以最小化域内差异。我们已经凭经验表明，这两个模块相互补充，以实现卓越的性能。在三个众所周知的域适应基准数据集中的实验即Domainnet，Office-Home和Office31展示了我们方法的有效性。 CLDA在所有上述数据集上实现最先进的结果。

在地震解释中，各种岩石结构的像素级标签可能耗时且获得昂贵。结果，通常存在一系列非平凡的未标记数据，这些数据仅仅是因为传统的深度学习方法依赖于完全标记的卷。为了纠正这个问题，已经提出了使用自我监督的方法来从未标记的数据中学习有用的表示形式。但是，传统的对比学习方法是基于从自然图像领域的假设，这些假设不利用地震环境。为了将这种环境纳入对比学习中，我们提出了一种基于切片在地震量中的位置的新型积极选择策略。我们表明，在语义分割任务中，从我们的方法表现出的学术表现形式超出了艺术对比的学习方法。