• 【医学影像】《Identifying Medical Diagnoses and Treatable Diseases by Image-Based Deep Learning》论文笔记


    这篇论文的作者是张康教授为首的团队,联合国内外众多医院及科研机构,合力完成,最后发表在cell上,实至名归。

    从方法的角度上来说,与上一篇博客中的论文很相似,采用的都是InceptionV3模型,同时都用了海量的数据,而海量的数据,也是我认为这两篇文章的最主要贡献。

    【论文出发点】视网膜疾病困扰着成千上万人,而针对视网膜疾病的OCT技术有着大量数据,这为医生诊断带来巨大工作量,研制可媲美专业医师水平的AI系统可带来巨大便利

    【论文核心】在两种不可逆的常见致盲性眼病:黄斑变性和糖尿病性视网膜病中,引入InceptionV3网络进行分类,可到达专业医生水平,具体流程图如下

    【论文贡献】1.收集并标记10万张OCT图像

                         2.利用在ImageNet上预训练的InceptionV3进行迁移学习,训练OCT图像

                         3.进行遮挡实验,增加网络的可解释性

                         4.在X光图像上进行类似实验,证明设计的系统的通用性

    下面针对这四点贡献分别解释。

    1.作者首先收集了207130张OCT,但是只有108312张通过审核(具体审核标准是什么呢),其中choroidal neovascularization37206张,diabetic macular edema11349张,drusen8617张,normal51140张,这些数据来自4686个病人,那这些数据是如何标记的呢,如此大的数据量?

    2.网络的训练,用论文中的两张图可很好诠释

    首先是在Imagenet上预训练,模型画的略有问题,因为显然全连接是不够的

    然后,迁移到OCT数据上进行微调(坦白讲,有这麽多数据完全可以对整个网络都进行调整,而不是只调整最后几层)

    可以看到,输出类别共有四类,从上到下依次是脉络膜新生血管,糖尿病黄斑水肿,脉络膜小疣和正常。关于模型,就没什么好说的了。

    3.遮挡实验

    对上百块区域逐个遮挡,即用空白图像替代,观察分类概率的下降,对下降影响最大的,即为病灶区域,下图中发光的区域即为遮挡实验得出的病灶

    4.在X光上的泛化实验

    作者收集5232张X光图像,其中3883张是肺炎(2538张为细菌性,1345张为病毒性),其余1349张为正常。作者进行正常VS肺炎,细菌性肺炎VS病毒性肺炎的二分类实验,三种图像如下

    【实验结果】

    具体实验时,作者将 choroidal neovascularization和diabetic macular edema归为urgent referrals,即紧急转诊,需要立即由眼科医生给予治疗,一旦耽误将有致盲风险,同时将drusen归为routine referral,情况没有前者那么紧急,另外,将normal归为observation。

    针对是否为urgent referral有如下的roc曲线,其中limited CNN指的是仅用1000张图片训练的结果,效果很好,可见迁移学习的威力,不然1000张图片的效果很难将inceptionV3训练的这么好

    下面是四种类别的混淆矩阵,可以看到误分类的情况很低

     同时作者还设计了choroidal neovascularization VS normal,diabetic macular edema VS normal,drusen VS normal三种二分类器,AUC分别达到100%,99.87%,99.96%,相当惊人。

    此外,由于漏诊和误诊的代价不同,即误将病人诊断为紧急转诊,会带来不必要的诊治,但是没能识别出需要紧急转诊的情况可能带来不可逆的视力问题,所以需要为这两种情况赋予不同的权重,加权后的错误率如下

     在肺炎上的表现如下,左边是正常VS肺炎,右边是细菌性肺炎VS病毒性肺炎,分别达到96.8%和94%的AUC值

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