半监督分割在医学成像中仍然具有挑战性，因为带注释的医学数据的量通常受到限制，并且在粘合边缘或低对比度区域附近有许多模糊的像素。为了解决这些问题，我们主张首先限制有或没有强大扰动的样品的一致性，以应用足够的平滑度正则化，并进一步鼓励班级分离以利用未标记的模棱两可的像素进行模型培训。特别是，在本文中，我们通过同时探索像素级平滑度和类间的分离，为半监督医学图像分割任务提出了SS-NET。像素级平滑度迫使模型在对抗扰动下产生不变结果。同时，阶层间的分离限制各个类特征应接近其相应的高质量原型，以使每个类别的分布紧凑和单独的不同类别。我们针对公共LA和ACDC数据集的五种最新方法评估了我们的SS-NET。在两个半监督的设置下的实验结果证明了我们提出的SS-NET的优势，在两个数据集上都实现了新的最先进（SOTA）性能。该代码可在https://github.com/ycwu1997/ss-net上找到。

在本文中，我们提出了一个新型的相互一致性网络（MC-NET+），以有效利用未标记的数据进行半监督的医学图像分割。 MC-NET+模型的动机是通过观察到的，即经过有限注释训练的深模型很容易输出不确定的，易于分类的预测，例如模棱两可的区域（例如，粘合边缘或薄分支）进行医学图像分割。利用这些具有挑战性的样品可以使半监督分割模型训练更有效。因此，我们提出的MC-NET+模型由两个新设计组成。首先，该模型包含一个共享的编码器和多个略有不同的解码器（即使用不同的上采样策略）。计算多个解码器输出的统计差异以表示模型的不确定性，这表明未标记的硬区域。其次，我们在一个解码器的概率输出和其他解码器的软伪标签之间应用了一种新颖的相互一致性约束。通过这种方式，我们最大程度地减少了训练过程中多个输出（即模型不确定性）的差异，并迫使模型在此类具有挑战性的区域中产生不变的结果，旨在使模型训练正规化。我们将MC-NET+模型的细分结果与三个公共医疗数据集中的五种最先进的半监督方法进行了比较。具有两个标准半监督设置的扩展实验证明了我们模型的优越性能，而不是其他方法，这为半监督医学图像分割设定了新的最新技术。我们的代码将在https://github.com/ycwu1997/mc-net上公开发布。

医学图像分割是许多临床方法的基本和关键步骤。半监督学习已被广​​泛应用于医学图像分割任务，因为它减轻了收购专家审查的注释的沉重负担，并利用了更容易获得的未标记数据的优势。虽然已被证明是通过实施不同分布下的预测的不变性的一致性学习，但现有方法无法充分利用来自未标记数据的区域级形状约束和边界级距离信息。在本文中，我们提出了一种新颖的不确定性引导的相互一致学习框架，通过将任务中的一致性学习与自组合和交叉任务一致性学习从任务级正则化的最新预测集成了任务内的一致性学习，从而有效地利用了未标记的数据利用几何形状信息。该框架是由模型的估计分割不确定性指导，以便为一致性学习选择相对某些预测，以便有效地利用来自未标记数据的更可靠的信息。我们在两个公开的基准数据集中广泛地验证了我们提出的方法：左心房分割（LA）数据集和大脑肿瘤分割（BRATS）数据集。实验结果表明，我们的方法通过利用未标记的数据和优于现有的半监督分段方法来实现性能增益。

在许多图像引导的临床方法中，医学图像分割是一个基本和关键的步骤。基于深度学习的细分方法的最新成功通常取决于大量标记的数据，这特别困难且昂贵，尤其是在医学成像领域中，只有专家才能提供可靠和准确的注释。半监督学习已成为一种吸引人的策略，并广泛应用于医学图像分割任务，以训练注释有限的深层模型。在本文中，我们对最近提议的半监督学习方法进行了全面综述，并总结了技术新颖性和经验结果。此外，我们分析和讨论现有方法的局限性和几个未解决的问题。我们希望这篇评论可以激发研究界探索解决这一挑战的解决方案，并进一步促进医学图像细分领域的发展。

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％。

基于深度学习的半监督学习（SSL）方法在医学图像细分中实现了强大的性能，可以通过使用大量未标记的数据来减轻医生昂贵的注释。与大多数现有的半监督学习方法不同，基于对抗性训练的方法通过学习分割图的数据分布来区分样本与不同来源，导致细分器生成更准确的预测。我们认为，此类方法的当前绩效限制是特征提取和学习偏好的问题。在本文中，我们提出了一种新的半监督的对抗方法，称为贴片置信疗法训练（PCA），用于医疗图像分割。我们提出的歧视器不是单个标量分类结果或像素级置信度图，而是创建贴片置信图，并根据斑块的规模进行分类。未标记数据的预测学习了每个贴片中的像素结构和上下文信息，以获得足够的梯度反馈，这有助于歧视器以融合到最佳状态，并改善半监督的分段性能。此外，在歧视者的输入中，我们补充了图像上的语义信息约束，使得未标记的数据更简单，以适合预期的数据分布。关于自动心脏诊断挑战（ACDC）2017数据集和脑肿瘤分割（BRATS）2019挑战数据集的广泛实验表明，我们的方法优于最先进的半监督方法，这证明了其对医疗图像分割的有效性。

Training deep convolutional neural networks usually requires a large amount of labeled data. However, it is expensive and timeconsuming to annotate data for medical image segmentation tasks. In this paper, we present a novel uncertainty-aware semi-supervised framework for left atrium segmentation from 3D MR images. Our framework can effectively leverage the unlabeled data by encouraging consistent predictions of the same input under different perturbations. Concretely, the framework consists of a student model and a teacher model, and the student model learns from the teacher model by minimizing a segmentation loss and a consistency loss with respect to the targets of the teacher model. We design a novel uncertainty-aware scheme to enable the student model to gradually learn from the meaningful and reliable targets by exploiting the uncertainty information. Experiments show that our method achieves high performance gains by incorporating the unlabeled data. Our method outperforms the state-of-the-art semi-supervised methods, demonstrating the potential of our framework for the challenging semi-supervised problems 3 .

一致性培训已被证明是一个先进的半监督框架，通过实施在不同意见的不同视图上的预测的不变性，实现了医学图像分割任务的有希望的结果。然而，随着模型参数的迭代更新，模型将倾向于达到耦合状态，最终失去利用未标记数据的能力。为了解决这个问题，我们提出了一种基于参数解耦策略的新型半监督分段模型，以鼓励来自不同视图的一致预测。具体地，我们首先采用双分支网络来同时为每个图像产生预测。在培训过程中，我们通过二次余弦距离与两个预测分支参数分离，以构建潜伏空间中的不同视图。基于此，特征提取器被约束以鼓励在多样化特征下由分类器生成的概率图的一致性。在整体训练过程中，特征提取器和分类器的参数通过一致性正则化操作和解耦操作来交替更新，以逐步提高模型的泛化性能。我们的方法在心房细分挑战数据集上实现了最先进的半监督方法，展示了我们框架的有效性。代码可在https://github.com/bx0903/pdc上获得。

While deep learning methods hitherto have achieved considerable success in medical image segmentation, they are still hampered by two limitations: (i) reliance on large-scale well-labeled datasets, which are difficult to curate due to the expert-driven and time-consuming nature of pixel-level annotations in clinical practices, and (ii) failure to generalize from one domain to another, especially when the target domain is a different modality with severe domain shifts. Recent unsupervised domain adaptation~(UDA) techniques leverage abundant labeled source data together with unlabeled target data to reduce the domain gap, but these methods degrade significantly with limited source annotations. In this study, we address this underexplored UDA problem, investigating a challenging but valuable realistic scenario, where the source domain not only exhibits domain shift~w.r.t. the target domain but also suffers from label scarcity. In this regard, we propose a novel and generic framework called ``Label-Efficient Unsupervised Domain Adaptation"~(LE-UDA). In LE-UDA, we construct self-ensembling consistency for knowledge transfer between both domains, as well as a self-ensembling adversarial learning module to achieve better feature alignment for UDA. To assess the effectiveness of our method, we conduct extensive experiments on two different tasks for cross-modality segmentation between MRI and CT images. Experimental results demonstrate that the proposed LE-UDA can efficiently leverage limited source labels to improve cross-domain segmentation performance, outperforming state-of-the-art UDA approaches in the literature. Code is available at: https://github.com/jacobzhaoziyuan/LE-UDA.

弱监督的点云分段，即，由于在整个3D场景中只有几个标记点的点云，因此由于为模型训练收集丰富的密集注释的沉重负担，因此是非常可取的。但是，由于有限的注释数据可能导致标签传播的指导不足，因此现有方法仍然具有挑战性，无法准确细分3D点云。考虑到基于平滑度的方法已经取得了令人鼓舞的进步，在本文中，我们主张在各种扰动下应用一致性约束，以有效地正规化未标记的3D点。具体而言，我们提出了一个新颖的dat（\ textbf {d} ual \ textbf {a} dappive \ textbf {t} ransformations模型，用于弱监督点云进行分割，其中双重自适应转换是通过两种对敌方策略在点 - 级别和区域级别，旨在在3D点云上执行局部和结构平滑度约束。我们在大规模S3DIS和SCANNET-V2数据集上使用两个流行的骨干评估了我们提出的DAT模型。广泛的实验表明，我们的模型可以有效地利用未标记的3D点并在两个数据集上实现显着的性能增长，从而为弱监督的点云进行了新的最新性能。

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。

这项工作将半监控分段作为基于原型矢量相关性的密集预测问题，并提出了一种表示具有多种原型的每个分段类的简单方法。为避免退化解决方案，两个正则化策略适用于未标记的图像。第一个利用相互信息最大化以确保网络考虑所有原型向量。第二种明确强制执行原型，以通过最小化其余弦距离来正交。两个基准医学分割数据集的实验结果显示了我们在有很少有注释图像时提高分割性能方面的效力。

半监督学习在医疗领域取得了重大进展，因为它减轻了收集丰富的像素的沉重负担，用于针对语义分割任务。现有的半监督方法增强了利用从有限标记数据获得的现有知识从未标记数据提取功能的能力。然而，由于标记数据的稀缺性，模型提取的特征在监督学习中受到限制，并且对未标记数据的预测质量也无法保证。两者都将妨碍一致培训。为此，我们提出了一种新颖的不确定性感知计划，以使模型自动学习地区。具体而言，我们采用Monte Carlo采样作为获得不确定性地图的估计方法，该方法可以作为损失损失的重量，以强制根据监督学习和无监督学习的特征将模型专注于有价值的区域。同时，在后退过程中，我们通过增强不同任务之间的梯度流动，联合无监督和监督损失来加速网络的融合。定量地，我们对三个挑战的医疗数据集进行了广泛的实验。实验结果表明，最先进的对应物的理想改善。

We propose a novel teacher-student model for semi-supervised multi-organ segmentation. In teacher-student model, data augmentation is usually adopted on unlabeled data to regularize the consistent training between teacher and student. We start from a key perspective that fixed relative locations and variable sizes of different organs can provide distribution information where a multi-organ CT scan is drawn. Thus, we treat the prior anatomy as a strong tool to guide the data augmentation and reduce the mismatch between labeled and unlabeled images for semi-supervised learning. More specifically, we propose a data augmentation strategy based on partition-and-recovery N$^3$ cubes cross- and within- labeled and unlabeled images. Our strategy encourages unlabeled images to learn organ semantics in relative locations from the labeled images (cross-branch) and enhances the learning ability for small organs (within-branch). For within-branch, we further propose to refine the quality of pseudo labels by blending the learned representations from small cubes to incorporate local attributes. Our method is termed as MagicNet, since it treats the CT volume as a magic-cube and $N^3$-cube partition-and-recovery process matches with the rule of playing a magic-cube. Extensive experiments on two public CT multi-organ datasets demonstrate the effectiveness of MagicNet, and noticeably outperforms state-of-the-art semi-supervised medical image segmentation approaches, with +7% DSC improvement on MACT dataset with 10% labeled images.

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。

最近，利用卷积神经网络（CNNS）和变压器的深度学习表明，令人鼓舞的医学图像细分导致结果。但是，他们仍然具有挑战性，以实现有限的培训的良好表现。在这项工作中，我们通过在CNN和变压器之间引入交叉教学，为半监控医学图像分割提供了一个非常简单但有效的框架。具体而言，我们简化了从一致性正则化的经典深度共同训练交叉教学，其中网络的预测用作伪标签，直接端到端监督其他网络。考虑到CNN和变压器之间的学习范例的差异，我们在CNN和变压器之间引入了交叉教学，而不是使用CNNS。在公共基准测试中的实验表明，我们的方法优于八个现有的半监督学习方法，只需更简单的框架。值得注意的是，这项工作可能是第一次尝试将CNN和变压器组合以进行半监督的医学图像分割，并在公共基准上实现有前途的结果。该代码将发布：https://github.com/hilab-git/sl4mis。

神经网络在医疗图像分割任务上的成功通常依赖于大型标记的数据集用于模型培训。但是，由于数据共享和隐私问题，获取和手动标记大型医疗图像集是资源密集的，昂贵的，有时是不切实际的。为了应对这一挑战，我们提出了一个通用的对抗数据增强框架Advchain，旨在提高培训数据对医疗图像分割任务的多样性和有效性。 AdvChain通过动态数据增强来增强数据，从而产生随机链接的光线像和几何转换，以类似于现实而又具有挑战性的成像变化以扩展训练数据。通过在培训期间共同优化数据增强模型和分割网络，可以生成具有挑战性的示例，以增强下游任务的网络可推广性。所提出的对抗数据增强不依赖生成网络，可以用作通用分割网络中的插件模块。它在计算上是有效的，适用于低声监督和半监督学习。我们在两个MR图像分割任务上分析和评估该方法：心脏分割和前列腺分割具有有限的标记数据。结果表明，所提出的方法可以减轻对标记数据的需求，同时提高模型泛化能力，表明其在医学成像应用中的实际价值。

在过去的几年中，监督语义医学图像细分的深度学习方法越来越流行。在资源约束的设置中，获得大量带注释的图像非常困难，因为它主要需要专家，昂贵且耗时。监督分割可以是一个有吸引力的解决方案，其中使用了很少的标记图像以及大量未标记的图像。尽管在过去的几年中，针对分类问题已经大大减少了监督和半监督方法之间的差距，但分割方法仍然存在较大的差距。在这项工作中，我们将最先进的半监督分类方法FIXMATCH修复到语义分割任务中，并引入FixMatchSeg。 FIXMATCHSEG在不同的不同解剖结构和不同方式的四个不同的公开数据集中进行了评估：心脏超声，胸部X射线，视网膜眼睛图像和皮肤图像。当标签很少时，我们表明FixMatchSeg与强有力的监督基线相同。

Recently deep neural networks, which require a large amount of annotated samples, have been widely applied in nuclei instance segmentation of H\&E stained pathology images. However, it is inefficient and unnecessary to label all pixels for a dataset of nuclei images which usually contain similar and redundant patterns. Although unsupervised and semi-supervised learning methods have been studied for nuclei segmentation, very few works have delved into the selective labeling of samples to reduce the workload of annotation. Thus, in this paper, we propose a novel full nuclei segmentation framework that chooses only a few image patches to be annotated, augments the training set from the selected samples, and achieves nuclei segmentation in a semi-supervised manner. In the proposed framework, we first develop a novel consistency-based patch selection method to determine which image patches are the most beneficial to the training. Then we introduce a conditional single-image GAN with a component-wise discriminator, to synthesize more training samples. Lastly, our proposed framework trains an existing segmentation model with the above augmented samples. The experimental results show that our proposed method could obtain the same-level performance as a fully-supervised baseline by annotating less than 5% pixels on some benchmarks.

关于对比学习的最新研究仅通过在医学图像分割的背景下利用很少的标签来实现出色的性能。现有方法主要关注实例歧视和不变映射。但是，他们面临三个常见的陷阱：（1）尾巴：医疗图像数据通常遵循隐式的长尾分配。盲目利用训练中的所有像素会导致数据失衡问题，并导致性能恶化； （2）一致性：尚不清楚分割模型是否由于不同解剖学特征之间的类内变化而学会了有意义但一致的解剖学特征； （3）多样性：整个数据集中的切片内相关性已得到明显降低的关注。这促使我们寻求一种有原则的方法来战略利用数据集本身，以发现不同解剖学观点的类似但不同的样本。在本文中，我们介绍了一种新型的半监督医学图像分割框架，称其为您自己的解剖结构（MONA），并做出了三个贡献。首先，先前的工作认为，每个像素对模型培训都同样重要。我们从经验上观察到，仅此单单就不太可能定义有意义的解剖特征，这主要是由于缺乏监督信号。我们通过使用更强大的数据增强和最近的邻居展示了学习不变的两个简单解决方案。其次，我们构建了一组目标，鼓励模型能够以无监督的方式将医学图像分解为解剖特征的集合。最后，我们在具有不同标记设置的三个基准数据集上的广泛结果验证了我们提出的MONA的有效性，该数据在不同的标签设置下实现了新的最新设置。