APP-RSC: Bridging Analytical Statistics and Semi-Supervised Learning for Annotation-Free Brain Tumor Segmentation - 24/10/26

Doi : 10.1016/j.neuri.2026.100300 
Ali Mehrabi 1, Nasser Mehrshad 1, ⁎
1 Department of Electronics, Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran 

⁎ Corresponding author: Nasser Mehrshad, Professor of Biomedical Engineering Department of Electronics, Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Birjand, South Khorasan, Birjand, 9717434765, Iran. Professor of Biomedical Engineering Department of Electronics Faculty of Electrical and Computer Engineering University of Birjand South Khorasan Birjand 9717434765 Iran

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Sous presse. Manuscrit accepté. Disponible en ligne depuis le Saturday 24 October 2026

Abstract

Background and Objectives

Accurate brain tumor segmentation in MRI is critical, yet deep learning requires costly annotations. Semi-supervised learning (SSL) reduces this burden but still depends on initial labeled data to bootstrap training. We propose a hybrid framework combining a training-free analytical stage with an SSL network to reduce this dependency.

Methods

Our two-stage framework includes: (1) APP-RSC, a training-free algorithm generating coarse masks by iteratively pruning non-tumor voxels via intensity statistics. With a relaxed convergence threshold and morphological dilation, it achieves 98.3% sensitivity without ground-truth annotations. (2) A Mean Teacher semi-supervised 3D U-Net that refines these masks using only 6% labeled data and APP-RSC-generated pseudo-labels, optimized via supervised, pseudo-supervised, and consistency losses.

Results

Evaluated on BraTS2023, APP-RSC processes a volume in ∼1.2 s on CPU. The Mean Teacher refinement significantly improves the Dice score from 0.17 to 0.825 (median 0.852) on the test set, with 99.3% specificity (Wilcoxon p=1.19×10 -7 ). This performs competitively against state-of-the-art SSL approaches using larger labeled datasets.

Conclusions

This framework bridges interpretable analytical segmentation and high-performance deep learning. Crucially, it drastically reduces the bootstrap dependency of existing SSL methods by requiring zero annotations for initial mask generation. This offers a practical, transparent, and annotation-efficient solution, particularly advantageous for resource-constrained clinical environments.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




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Highlights

•
APP-RSC eliminates SSL bootstrap dependency via training-free analytics
•
Generates 98.3% sensitivity pseudo-labels in ∼1.2s on standard CPU
•
Hybrid framework synergizes interpretable statistics and deep learning
•
Achieves 0.825 Dice on BraTS2023 using only 6% labeled data
•
Suitable for resource-constrained clinical deployments

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Keywords : Brain tumor segmentation, Adaptive pruning, Semi-supervised learning, Pseudo-label generation, Training-free method, Resource-constrained medical imaging


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