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Enregistrement W4366245791 · doi:10.1016/j.cmpb.2023.107558

Lightweight multi-scale classification of chest radiographs via size-specific batch normalization

2023· article· en· W4366245791 sur OpenAlexfundno aff
Sofia Cardoso Pereira, Joana Rocha, Aurélio Campilho, Pedro Sousa, Ana Maria Mendonc̨a

Notice bibliographique

RevueComputer Methods and Programs in Biomedicine · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueCOVID-19 diagnosis using AI
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesEuropean Regional Development FundFundação para a Ciência e a TecnologiaCanadian Mennonite University
Mots-clésNormalization (sociology)Computer sciencePixelConvolutional neural networkArtificial intelligencePattern recognition (psychology)RadiographyGrayscaleData miningRadiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND AND OBJECTIVE: Convolutional neural networks are widely used to detect radiological findings in chest radiographs. Standard architectures are optimized for images of relatively small size (for example, 224 × 224 pixels), which suffices for most application domains. However, in medical imaging, larger inputs are often necessary to analyze disease patterns. A single scan can display multiple types of radiological findings varying greatly in size, and most models do not explicitly account for this. For a given network, whose layers have fixed-size receptive fields, smaller input images result in coarser features, which better characterize larger objects in an image. In contrast, larger inputs result in finer grained features, beneficial for the analysis of smaller objects. By compromising to a single resolution, existing frameworks fail to acknowledge that the ideal input size will not necessarily be the same for classifying every pathology of a scan. The goal of our work is to address this shortcoming by proposing a lightweight framework for multi-scale classification of chest radiographs, where finer and coarser features are combined in a parameter-efficient fashion. METHODS: We experiment on CheXpert, a large chest X-ray database. A lightweight multi-resolution (224 × 224, 448 × 448 and 896 × 896 pixels) network is developed based on a Densenet-121 model where batch normalization layers are replaced with the proposed size-specific batch normalization. Each input size undergoes batch normalization with dedicated scale and shift parameters, while the remaining parameters are shared across sizes. Additional external validation of the proposed approach is performed on the VinDr-CXR data set. RESULTS: The proposed approach (AUC 83.27±0.17, 7.1M parameters) outperforms standard single-scale models (AUC 81.76±0.18, 82.62±0.11 and 82.39±0.13 for input sizes 224 × 224, 448 × 448 and 896 × 896, respectively, 6.9M parameters). It also achieves a performance similar to an ensemble of one individual model per scale (AUC 83.27±0.11, 20.9M parameters), while relying on significantly fewer parameters. The model leverages features of different granularities, resulting in a more accurate classification of all findings, regardless of their size, highlighting the advantages of this approach. CONCLUSIONS: Different chest X-ray findings are better classified at different scales. Our study shows that multi-scale features can be obtained with nearly no additional parameters, boosting performance.

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: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,016
Score d'incertitude au seuil0,031

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0030,002
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,002

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 Opus0,101
Tête enseignante GPT0,394
Écart entre enseignants0,293 · 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'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreMéthodes

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

En bref

Citations10
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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