Diagnose Like a Radiologist: Hybrid Neuro-Probabilistic Reasoning for Attribute-Based Medical Image Diagnosis.

计算机科学 人工智能 贝叶斯网络 概率逻辑 卷积神经网络 水准点(测量) 模式识别(心理学) 机器学习 图像(数学) 概率神经网络 医学影像学
作者
Gangming Zhao,Quanlong Feng,Chaoqi Chen,Zhen Zhou,Yizhou Yu
出处
期刊:IEEE Transactions on Software Engineering [IEEE Computer Society]
卷期号:PP
标识
DOI:10.1109/tpami.2021.3130759
摘要

In clinical practice, doctors often use attributes, e.g. morphological and appearance characteristics of a lesion, to aid disease diagnosis. Effectively modeling all relationships among attributes could boost the accuracy of medical image diagnosis. In this paper, we introduce a hybrid neuro-probabilistic reasoning algorithm for interpretable attribute-based medical image diagnosis. There are two parallel branches in our hybrid algorithm, a Bayesian network branch performing probabilistic causal relationship reasoning and a graph convolutional network branch performing more generic relational modeling and reasoning using a feature representation. Tight coupling between these two branches is achieved via a cross-network attention mechanism and the fusion of their classification results. We have successfully applied our hybrid reasoning algorithm to two challenging medical image diagnosis tasks. On the LIDC-IDRI benchmark dataset for benign-malignant classification of pulmonary nodules in CT images, our method achieves a new state-of-the-art accuracy of 95.36% and an AUC of 96.54%. Our method also achieves a 2.94% accuracy improvement on the in-house chest X-ray image dataset for tuberculosis diagnosis. Our ablation study indicates that our hybrid algorithm achieves a much more robust performance than a pure neural network architecture under very limited training data.
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