Self-Supervised Equivariant Regularization Reconciles Multiple Instance Learning: Joint Referable Diabetic Retinopathy Classification and Lesion Segmentation

分割 人工智能 正规化(语言学) 计算机科学 等变映射 模式识别(心理学) 病变 像素 糖尿病性视网膜病变 接收机工作特性 医学 机器学习 数学 病理 内分泌学 纯数学 糖尿病
作者
Zhu Wang,Peijie Qiu,Natasha Leporé,Oana M. Dumitrascu,Yalin Wang
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2210.05946
摘要

Lesion appearance is a crucial clue for medical providers to distinguish referable diabetic retinopathy (rDR) from non-referable DR. Most existing large-scale DR datasets contain only image-level labels rather than pixel-based annotations. This motivates us to develop algorithms to classify rDR and segment lesions via image-level labels. This paper leverages self-supervised equivariant learning and attention-based multi-instance learning (MIL) to tackle this problem. MIL is an effective strategy to differentiate positive and negative instances, helping us discard background regions (negative instances) while localizing lesion regions (positive ones). However, MIL only provides coarse lesion localization and cannot distinguish lesions located across adjacent patches. Conversely, a self-supervised equivariant attention mechanism (SEAM) generates a segmentation-level class activation map (CAM) that can guide patch extraction of lesions more accurately. Our work aims at integrating both methods to improve rDR classification accuracy. We conduct extensive validation experiments on the Eyepacs dataset, achieving an area under the receiver operating characteristic curve (AU ROC) of 0.958, outperforming current state-of-the-art algorithms.

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