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Enregistrement W2972185346 · doi:10.59275/j.melba.2023-5g54

Deep Weakly-Supervised Learning Methods for Classification and Localization in Histology Images: A Survey

2023· article· en· W2972185346 sur OpenAlexafffund
Jérôme Rony, Soufiane Belharbi, José Dolz, Ismail Ben Ayed, Luke McCaffrey, Éric Granger

Notice bibliographique

RevueThe Journal of Machine Learning for Biomedical Imaging · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueAI in cancer detection
Établissements canadiensÉcole de Technologie SupérieureMcGill University Health Centre
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Institutes of Health ResearchAlliance de recherche numérique du Canada
Mots-clésArtificial intelligenceComputer sciencePoolingDeep learningPattern recognition (psychology)PixelClassifier (UML)Grading (engineering)Computer visionMachine learning

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Using state-of-the-art deep learning (DL) models to diagnose cancer from histology data presents several challenges related to the nature and availability of labeled histology images, including image size, stain variations, and label ambiguity. In addition, cancer grading and the localization of regions of interest (ROIs) in such images normally rely on both image- and pixel-level labels, with the latter requiring a costly annotation process. Deep weakly-supervised object localization (WSOL) methods provide different strategies for low-cost training of DL models. Given only image-class annotations, these methods can be trained to simultaneously classify an image, and yield class activation maps (CAMs) for ROI localization. This paper provides a review of deep WSOL methods to identify and locate diseases in histology images, without the need for pixel-level annotations. We propose a taxonomy in which these methods are divided into bottom-up and top-down methods according to the information flow in models. Although the latter have seen only limited progress, recent bottom-up methods are currently driving a lot of progress with the use of deep WSOL methods. Early works focused on designing different spatial pooling functions. However, those methods quickly peaked in term of localization accuracy and revealed a major limitation, namely, – the under-activation of CAMs, which leads to high false negative localization. Subsequent works aimed to alleviate this shortcoming and recover the complete object from the background, using different techniques such as perturbation, self-attention, shallow features, pseudo-annotation, and task decoupling. In the present paper, representative deep WSOL methods from our taxonomy are also evaluated and compared in terms of classification and localization accuracy using two challenging public histology datasets – one for colon cancer (GlaS), and a second, for breast cancer (CAMELYON16). Overall, the results indicate poor localization performance, particularly for generic methods that were initially designed to process natural images. Methods designed to address the challenges posed by histology data often use priors such as ROI size, or additional pixel-wise supervision estimated from a pre-trained classifier, allowing them to achieve better results. However, all the methods suffer from high false positive/negative localization. Classification performance is mainly affected by the model selection process, which uses either the classification or the localization metric. Finally, four key challenges are identified in the application of deep WSOL methods in histology, namely, – under-/over-activation of CAMs, sensitivity to thresholding, and model selection – and research avenues are provided to mitigate them. Our code is publicly available at https://github.com/jeromerony/survey_wsl_histology

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Sans objet · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Synthèse · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,002
Bibliométrie0,0020,002
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0040,002
Intégrité de la recherche0,0020,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,002

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,036
Tête enseignante GPT0,361
Écart entre enseignants0,326 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSans objet
Domainenon disponible
GenreSynthèse

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations43
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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