Improving Medical Images Classification With Label Noise Using Dual-Uncertainty Estimation

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作者
Lie Ju,Xin Wang,Lin Wang,Dwarikanath Mahapatra,Xin Zhao,Quan Zhou,Tongliang Liu,Zongyuan Ge
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41 (6): 1533-1546 被引量:26
标识
DOI:10.1109/tmi.2022.3141425
摘要

Deep neural networks are known to be data-driven and label noise can have a marked impact on model performance. Recent studies have shown great robustness to classic image recognition even under a high noisy rate. In medical applications, learning from datasets with label noise is more challenging since medical imaging datasets tend to have instance-dependent noise (IDN) and suffer from high observer variability. In this paper, we systematically discuss the two common types of label noise in medical images - disagreement label noise from inconsistency expert opinions and single-target label noise from biased aggregation of individual annotations. We then propose an uncertainty estimation-based framework to handle these two label noise amid the medical image classification task. We design a dual-uncertainty estimation approach to measure the disagreement label noise and single-target label noise via improved Direct Uncertainty Prediction and Monte-Carlo-Dropout. A boosting-based curriculum training procedure is later introduced for robust learning. We demonstrate the effectiveness of our method by conducting extensive experiments on three different diseases with synthesized and real-world label noise: skin lesions, prostate cancer, and retinal diseases. We also release a large re-engineered database that consists of annotations from more than ten ophthalmologists with an unbiased golden standard dataset for evaluation and benchmarking. The dataset is available at https://mmai.group/peoples/julie/.
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