SFPL: Sample-specific fine-grained prototype learning for imbalanced medical image classification

分类器(UML) 计算机科学 加权 人工智能 模式识别(心理学) 上下文图像分类 机器学习 样品(材料) 图像(数学) 色谱法 医学 放射科 化学
作者
Yongbei Zhu,Wang Shuo,Yu He,Weimin Li,Jie Tian
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier BV]
卷期号:97: 103281-103281 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.media.2024.103281
摘要

Imbalanced classification is a common and difficult task in many medical image analysis applications. However, most existing approaches focus on balancing feature distribution and classifier weights between classes, while ignoring the inner-class heterogeneity and the individuality of each sample. In this paper, we proposed a sample-specific fine-grained prototype learning (SFPL) method to learn the fine-grained representation of the majority class and learn a cosine classifier specifically for each sample such that the classification model is highly tuned to the individual's characteristic. SFPL first builds multiple prototypes to represent the majority class, and then updates the prototypes through a mixture weighting strategy. Moreover, we proposed a uniform loss based on set representations to make the fine-grained prototypes distribute uniformly. To establish associations between fine-grained prototypes and cosine classifier, we propose a selective attention aggregation module to select the effective fine-grained prototypes for final classification. Extensive experiments on three different tasks demonstrate that SFPL outperforms the state-of-the-art (SOTA) methods. Importantly, as the imbalance ratio increases from 10 to 100, the improvement of SFPL over SOTA methods increases from 2.2% to 2.4%; as the training data decreases from 800 to 100, the improvement of SFPL over SOTA methods increases from 2.2% to 3.8%.
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