专栏名称: AI与医学
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AI与医学  · 公众号  · 科技创业 科技自媒体  · 2024-09-11 09:40

主要观点总结

本文介绍了自监督学习在心动超声诊断中的应用,包括研究目的、方法、结果和心得。文章关注于如何使用少量标记数据实现高效的模型训练和诊断,并改进了SSL方法以处理动态、时间序列的医学数据。研究介绍了一种名为EchoCLR的对比学习方法,旨在学习有效的特征表示以便在下游心脏疾病诊断中进行高效的微调。文章还详细描述了数据介绍、方法细节、结果及学习心得。

关键观点总结

关键观点1: 研究目的

解决医学图像识别中需要大量专家标注数据的难题,通过使用少量标记数据实现高效的模型训练和诊断。针对超声心动图这种视频模态的医学影像,改进SSL方法以处理动态的、时间序列的医学数据。

关键观点2: 研究方法

研究人员为超声心动图视频开发了一种自监督对比学习方法,名为EchoCLR。该方法旨在学习有效的特征表示以便在下游心脏疾病诊断中进行高效的微调,包括对比学习和帧重排序。

关键观点3: 研究结果

在少量标记数据微调时,EchoCLR预训练在LVH和AS的分类性能上显著优于其他迁移学习和自监督学习方法。使用自监督学习在医学图像分析中的潜力巨大。

关键观点4: 研究亮点

创新地结合了多实例学习和帧重排序任务来增强模型的时间序列理解能力;在标记数据稀缺的情况下,展示了自监督学习的有效性。


正文

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帧重排序(Frame Reordering)

一种预训练任务,模型被训练来预测视频帧在随机打乱后的顺序,以学习视频的时间结构信息。


1研究介绍

1.1 目的

(1)解决在医学图像识别中需要大量专家标注数据的难题,通过使用少量标记数据实现高效的模型训练和诊断。

(2)针对超声心动图这种视频模态的医学影像,改进SSL方法,使其能够处理动态的、时间序列的医学数据。


1.2 方法

研究人员为超声心动图视频开发了一种自监督对比学习方法, EchoCLR ,其目标是学习有效的特征表示,以便在下游心脏疾病诊断中进行高效的微调。EchoCLR预训练包括:

  • 对比学习,模型被训练以识别同一患者的不同视频;

  • 帧重排序,模型被训练以预测视频帧在随机打乱后的顺序。


1.3 结果

在少量标记数据微调时, EchoCLR预训练 在LVH和AS的分类性能上显著优于其他迁移学习和自监督学习方法。

  • 使用10%的训练数据进行微调,EchoCLR预训练模型在LVH分类上达到了0.72的AUROC值,相比标准迁移学习方法的0.61 AUROC值有显著提升。

  • 使用1%的训练数据进行微调,EchoCLR预训练在严重AS分类上达到了0.82的AUROC值,同样显著高于迁移学习的0.61 AUROC值。

2 数据介绍

2.1 数据来源

(1)研究提取了2016至2021年间在耶鲁纽黑文医院进行的12,500项TTE研究数据。其中10,000项用于模型开发,2500项用于模型评估。

(2)由于严重的 主动脉瓣狭窄(AS) 是一种不常见的病症, 因此:

  • 2016年至2020年的10,000项研究中,严重AS的样本被过采样了50倍,非严重AS的样本被过采样了5倍,以确保有足够的阳性样本进行可靠的模型开发和验证。

  • 2021年的2500项研究没有针对AS进行富集,作为时间上不同的外部测试集。


2.2 视图分类

(1)研究采用了胸骨旁长轴(PLAX)视角的单视角超声心动图

(2) 使用 预训练TTE视角分类器 从447,653个视频中随机选取了十个去标识化的帧, 并将10个帧级别的预测视角概率平均,形成单个视频的视角预测。







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