Foundation model-driven distributed learning for enhanced retinal age prediction
Notice bibliographique
Résumé
OBJECTIVES: The retinal age gap (RAG) is emerging as a potential biomarker for various diseases of the human body, yet its utility depends on machine learning models capable of accurately predicting biological retinal age from fundus images. However, training generalizable models is hindered by potential shortages of diverse training data. To overcome these obstacles, this work develops a novel and computationally efficient distributed learning framework for retinal age prediction. MATERIALS AND METHODS: The proposed framework employs a memory-efficient 8-bit quantized version of RETFound, a cutting-edge foundation model for retinal image analysis, to extract features from fundus images. These features are then used to train an efficient linear regression head model for predicting retinal age. The framework explores federated learning (FL) as well as traveling model (TM) approaches for distributed training of the linear regression head. To evaluate this framework, we simulate a client network using fundus image data from the UK Biobank. Additionally, data from patients with type 1 diabetes from the UK Biobank and the Brazilian Multilabel Ophthalmological Dataset (BRSET) were utilized to explore the clinical utility of the developed methods. RESULTS: Our findings reveal that the developed distributed learning framework achieves retinal age prediction performance on par with centralized methods, with FL and TM providing similar performance (mean absolute error of 3.57 ± 0.18 years for centralized learning, 3.60 ± 0.16 years for TM, and 3.63 ± 0.19 years for FL). Notably, the TM was found to converge with fewer local updates than FL. Moreover, patients with type 1 diabetes exhibited significantly higher RAG values than healthy controls in all models, for both the UK Biobank and BRSET datasets (P < .001). DISCUSSION: The high computational and memory efficiency of the developed distributed learning framework makes it well suited for resource-constrained environments. CONCLUSION: The capacity of this framework to integrate data from underrepresented populations for training of retinal age prediction models could significantly enhance the accessibility of the RAG as an important disease biomarker.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».