Accurate segmentation of anatomical structures is crucial for radiation therapy in cancer treatment. Deep learning methods have been demonstrated effective for segmentation of 3D medical images, establishing the current standard. However, they require large amounts of labelled data and suffer from reduced performance on domain shift. A possible solution to these challenges is self-supervised learning, that uses unlabelled data to learn representations, which could possibly reduce the need for labelled data and produce more robust segmentation models. This thesis investigates the impact of self-supervised pre-training on an attention-based model for 3D medical image segmentation, specifically focusing on single-organ semantic segmentation, exploring whether self-supervised pre-training enhances the segmentation performance on CT scans with and without domain shift. The Swin UNETR is chosen as the deep learning model since it has been shown to be a successful attention-based architecture for semantic segmentation. During the pre-training stage, the contracting path is trained for three self-supervised pretext tasks using a large dataset of 5 465 unlabelled CT scans. The model is then fine-tuned using labelled datasets with 97, 142 and 288 segmentations of the stomach, the sternum and the pancreas. The results indicate that a substantial performance gain from self-supervised pre-training is not evident. Parameter freezing of the contracting path suggest that the representational power of the contracting path is not as critical for model performance as expected. Decreasing the amount of supervised training data shows that while the pre-training improves model performance when the amount of training data is restricted, the improvements are strongly decreased when more supervised training data is used. / Noggrann segmentering av anatomiska strukturer är avgörande för strålbehandling inom cancervården. Djupinlärningmetoder har visat sig vara effektiva och utgör standard för segmentering av 3D medicinska bilder. Dessa metoder kräver däremot stora mängder märkt data och kännetecknas av lägre prestanda vid domänskift. Eftersom självövervakade inlärningsmetoder använder icke-märkt data för inlärning, kan de möjligen minska behovet av märkt data och producera mer robusta segmenteringsmodeller. Denna uppsats undersöker effekten av självövervakad förberedande träning av en attention-baserad modell för 3D medicinsk bildsegmentering, med särskilt fokus på semantisk segmentering av enskilda organ. Syftet är att studera om självövervakad förberedande träning förbättrar segmenteringsprestandan utan respektive med domänskift. Swin UNETR har valts som djupinlärningsmodell eftersom den har visat sig vara en framgångsrik attention-baserad arkitektur för semantisk segmentering. Under den förberedande träningsfasen optimeras modellens kontraherande del med 5 465 icke-märkta CT-scanningar. Modellen tränas sedan på märkta dataset med 97, 142 och 288 segmenterade skanningar av magen, bröstbenet och bukspottkörteln. Resultaten visar att prestandaökningen från självövervakad förberedande träning inte är tydlig. Parameterfrysning av den kontraherande delen visar att dess representationer inte lika avgörande för segmenteringsprestandan som förväntat. Minskning av mängden träningsdata tyder på att även om den förberedande träningen förbättrar modellens prestanda när mängden träningsdata är begränsad, minskas förbättringarna betydligt när mer träningsdata används.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-335797 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Sund Aillet, Albert |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:601 |
Page generated in 0.0039 seconds