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Enregistrement W3206468898 · doi:10.1016/j.xops.2021.100069

Federated Learning for Microvasculature Segmentation and Diabetic Retinopathy Classification of OCT Data

2021· article· en· W3206468898 sur OpenAlexafffund
Julian Lo, Timothy T. Yu, Da Ma, Pengxiao Zang, Julia P. Owen, Qinqin Zhang, Ruikang K. Wang, Mirza Faisal Beg, Aaron Lee, Yali Jia, Marinko V. Šarunic

Notice bibliographique

RevueOphthalmology Science · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueRetinal Imaging and Analysis
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Institutes of Health ResearchMichael Smith Health Research BCCompute Canada
Mots-clésArtificial intelligenceSegmentationDiabetic retinopathyReceiver operating characteristicF1 scoreComputer scienceMedicineDeep learningRetinalPattern recognition (psychology)Machine learningOphthalmologyDiabetes mellitus

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Purpose: To evaluate the performance of a federated learning framework for deep neural network-based retinal microvasculature segmentation and referable diabetic retinopathy (RDR) classification using OCT and OCT angiography (OCTA). Design: Retrospective analysis of clinical OCT and OCTA scans of control participants and patients with diabetes. Participants: The 153 OCTA en face images used for microvasculature segmentation were acquired from 4 OCT instruments with fields of view ranging from 2 × 2-mm to 6 × 6-mm. The 700 eyes used for RDR classification consisted of OCTA en face images and structural OCT projections acquired from 2 commercial OCT systems. Methods: OCT angiography images used for microvasculature segmentation were delineated manually and verified by retina experts. Diabetic retinopathy (DR) severity was evaluated by retinal specialists and was condensed into 2 classes: non-RDR and RDR. The federated learning configuration was demonstrated via simulation using 4 clients for microvasculature segmentation and was compared with other collaborative training methods. Subsequently, federated learning was applied over multiple institutions for RDR classification and was compared with models trained and tested on data from the same institution (internal models) and different institutions (external models). Main Outcome Measures: For microvasculature segmentation, we measured the accuracy and Dice similarity coefficient (DSC). For severity classification, we measured accuracy, area under the receiver operating characteristic curve (AUROC), area under the precision-recall curve, balanced accuracy, F1 score, sensitivity, and specificity. Results: For both applications, federated learning achieved similar performance as internal models. Specifically, for microvasculature segmentation, the federated learning model achieved similar performance (mean DSC across all test sets, 0.793) as models trained on a fully centralized dataset (mean DSC, 0.807). For RDR classification, federated learning achieved a mean AUROC of 0.954 and 0.960; the internal models attained a mean AUROC of 0.956 and 0.973. Similar results are reflected in the other calculated evaluation metrics. Conclusions: Federated learning showed similar results to traditional deep learning in both applications of segmentation and classification, while maintaining data privacy. Evaluation metrics highlight the potential of collaborative learning for increasing domain diversity and the generalizability of models used for the classification of OCT data.

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)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,006
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,024

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,006
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,054
Tête enseignante GPT0,360
Écart entre enseignants0,307 · 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'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

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

En bref

Citations96
Publié2021
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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