Computer-aided diagnosis (CAD) can help pathologists improve diagnostic accuracy together with consistency and repeatability for cancers. However, the CAD models trained with the histopathological images only from a single center (hospital) generally suffer from the generalization problem due to the straining inconsistencies among different centers. In this work, we propose a pseudo-data based self-supervised federated learning (FL) framework, named SSL-FT-BT, to improve both the diagnostic accuracy and generalization of CAD models. Specifically, the pseudo histopathological images are generated from each center, which contains inherent and specific properties corresponding to the real images in this center, but does not include the privacy information. These pseudo images are then shared in the central server for self-supervised learning (SSL). A multi-task SSL is then designed to fully learn both the center-specific information and common inherent representation according to the data characteristics. Moreover, a novel Barlow Twins based FL (FL-BT) algorithm is proposed to improve the local training for the CAD model in each center by conducting contrastive learning, which benefits the optimization of the global model in the FL procedure. The experimental results on three public histopathological image datasets indicate the effectiveness of the proposed SSL-FL-BT on both diagnostic accuracy and generalization.


翻译:计算机辅助诊断(CAD)能帮助病理学家提高癌症诊断的准确性、一致性和可重复性。然而,仅基于单一中心(医院)组织病理图像训练的CAD模型,通常会因不同中心间的染色不一致性而存在泛化问题。本文提出一种基于伪数据的自监督联邦学习(FL)框架——SSL-FT-BT,旨在提升CAD模型的诊断准确性与泛化能力。具体而言,每个中心生成含有其真实图像固有特性和特异性但不包含隐私信息的伪组织病理图像,随后将这些伪图像共享至中央服务器进行自监督学习(SSL)。进而设计多任务SSL机制,根据数据特征充分学习中心特异性信息与公共固有表征。此外,提出一种基于Barlow Twins的新型联邦学习(FL-BT)算法,通过对比学习优化各中心CAD模型的本地训练,从而促进联邦学习过程中全局模型的优化。在三个公开组织病理图像数据集上的实验结果表明,所提出的SSL-FL-BT框架在诊断准确性和泛化能力方面均具有有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
【斯坦福大学】Gradient Surgery for Multi-Task Learning
专知会员服务
47+阅读 · 2020年1月23日
基于深度学习的医学图像半监督分割
CVer
14+阅读 · 2020年9月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
3D Deep Learning on Medical Images: A Review
Arxiv
13+阅读 · 2020年4月1日
Arxiv
45+阅读 · 2019年12月20日
VIP会员
最新内容
面向国防作战的最佳自主与蜂群无人机技术
专知会员服务
3+阅读 · 今天8:04
《异构人类团队的协作决策过程混合建模研究》
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:59
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
4+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
7+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
11+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
10+阅读 · 7月26日
相关VIP内容
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
【斯坦福大学】Gradient Surgery for Multi-Task Learning
专知会员服务
47+阅读 · 2020年1月23日
相关基金
国家自然科学基金
23+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员