【论文阅读】Mutual consistency learning for semi-supervised medical image segmentation（MedIA 2022）

基于相互一致性学习的半监督医学图像分割

（一）为什么要做这个研究

现在的半监督学习分为两类：基于一致性和熵最小化。本文同时运用了这两个方法。
现在的模型没有对缺点进行充分处理。对只有少量标注的深度学习模型进行观察，发现这些模型趋势是：在ambiguous的区域，容易产生高不确定性和错误的输出。解决这个问题能够使得半监督训练更有效。
作者做了观察实验，发现（1）高不确定性的地方出现在有挑战性的区域，如交界处，整体一般能分割的很好，数据越多，重点改进的地方只有高不确定区域。（2）数据越多，不确定高的区域越少。

（二）本文解决什么问题

更多的关注无标签数据的challenging regions，预测uncertainty，利用不确定性，解决ambiguous，减少不确定性。
蒙特卡洛需要多次前向传播，而本方法不需要。

（三）怎么做？

（1）一个共享encoder和多个轻微不同的decoder（不同的上采样策略），不同的decoder决定模型的不确定性，确定hard regions。

1. transposed conv 2) linear interpolation 3) nearest interpolation
   （2）mutual consistency constraint相互一致性约束
   在一个decoder的概率输出和其他decoder的soft伪标签。让模型产在这些有挑战的区域产生一致的结果。
   soft pseudo labels通过sharpening function转化。从伪标签中学习的能够产生熵低的结果，
   $$p^{\ast }(y_{pred}^{\ast }|x;\theta )=\frac{p(y_{pred}|x;\theta {)}^{(1/T)}}{p(y_{pred}|x;\theta {)}^{(1/T)}+(1-p(y_{pred}|x;\theta ){)}^{(1/T)}}$$T为超参数，控制sharpening程度，但是同样也会带来噪声和干扰。
   $$Loss=\lambda \times \sum _{i=1}^n{L}_{seg}(p(y_{pred}|x_l；{\theta }_{sub}^i),y_l)+\beta \times L_{mc}$$有监督部分是dice无监督是MSE，无监督运用在有标签数据和无标签数据上。

（四）其他

1）dataset：LA，ACDC，pancreas-CT

2）本文是会议的extention，多增加了一个deccoder（上采样用了nearest interpolating）；多用了个Pancreas 和ACDC数据集；多比较了五个方法。