近日，中國(guó)科學(xué)院西安光機(jī)所光譜成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)室王荃研究員團(tuán)隊(duì)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的半監(jiān)督醫(yī)學(xué)圖像語(yǔ)義分割方向取得新進(jìn)展，相關(guān)成果被國(guó)際計(jì)算機(jī)視覺(jué)與模式識(shí)別大會(huì)(CVPR)接收。第一作者為西安光機(jī)所2024級(jí)碩士研究生胡明，通訊作者為西安光機(jī)所王荃、胡炳樑研究員及武漢大學(xué)中南醫(yī)院胡聰博士，西安光機(jī)所為第一通訊單位。
 

　　半監(jiān)督學(xué)習(xí)中協(xié)同訓(xùn)練的核心思想是利用多個(gè)模型之間的協(xié)作和互補(bǔ)信息，通過(guò)迭代的方式利用未標(biāo)記數(shù)據(jù)來(lái)提高模型的性能。模型間趨向相似決策邊界引發(fā)的同質(zhì)化問(wèn)題是當(dāng)前協(xié)同訓(xùn)練的主要挑戰(zhàn)之一。理想情況下，參與協(xié)同訓(xùn)練的不同模型應(yīng)具有一定的差異性，才能從不同角度挖掘未標(biāo)記數(shù)據(jù)的信息，促進(jìn)彼此之間的知識(shí)互補(bǔ)。而實(shí)際操作中，因模型架構(gòu)、訓(xùn)練數(shù)據(jù)及優(yōu)化算法等方面的相似性，減弱了各模型逐漸收斂到類似的決策邊界的互補(bǔ)性，最終限制了協(xié)同訓(xùn)練方法效能的進(jìn)一步發(fā)揮。
 

圖 β-FFT方法整體流程
 

圖 β-FFT方法與同類分割算法對(duì)比
 

　　對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新算法——β-FFT。在數(shù)據(jù)處理方面，該算法采用基于快速傅里葉變換(FFT)的非線性插值方法，通過(guò)交換不同增強(qiáng)處理的圖像間低頻成分生成多樣化樣本，增強(qiáng)模型泛化能力并維持協(xié)同訓(xùn)練的穩(wěn)定性。在訓(xùn)練結(jié)構(gòu)方面，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種差異化訓(xùn)練策略，在協(xié)同訓(xùn)練框架中對(duì)一個(gè)模型使用帶標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行額外訓(xùn)練，并對(duì)未標(biāo)記數(shù)據(jù)采用Beta(β)分布的線性插值作為正則化項(xiàng)。該方法高效利用有限的帶標(biāo)簽數(shù)據(jù)，大幅提升了模型在未標(biāo)記數(shù)據(jù)上的性能與系統(tǒng)整體分割精度，在多個(gè)公開(kāi)醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)集上的性能處于領(lǐng)先水平。該項(xiàng)成果有望應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域，助力提高疾病診斷的準(zhǔn)確性。
 

　　西安光機(jī)所王荃研究員帶領(lǐng)的生物醫(yī)學(xué)光譜學(xué)團(tuán)隊(duì)在醫(yī)學(xué)圖像與信號(hào)處理、腦機(jī)交互、光遺傳等前沿交叉領(lǐng)域開(kāi)展持續(xù)研究并取得了一系列重要進(jìn)展。近5年來(lái)在JAMA NETW OPEN、MATER TODAY BIO、Neurocomputing等期刊發(fā)表論文四十余篇，授權(quán)專利10項(xiàng)，軟件著作權(quán)2項(xiàng)。