論文の概要: Federated Semi-Supervised Learning for COVID Region Segmentation in Chest CT using Multi-National Data from China, Italy, Japan

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.11750v1
• Date: Mon, 23 Nov 2020 21:51:26 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2022-09-22 03:04:37.534788
• Title: Federated Semi-Supervised Learning for COVID Region Segmentation in Chest CT using Multi-National Data from China, Italy, Japan
• Title（参考訳）: 中国, イタリア, 日本の多国籍データを用いた胸部CTにおける半監督的学習
• Authors: Dong Yang, Ziyue Xu, Wenqi Li, Andriy Myronenko, Holger R. Roth, Stephanie Harmon, Sheng Xu, Baris Turkbey, Evrim Turkbey, Xiaosong Wang, Wentao Zhu, Gianpaolo Carrafiello, Francesca Patella, Maurizio Cariati, Hirofumi Obinata, Hitoshi Mori, Kaku Tamura, Peng An, Bradford J. Wood, Daguang Xu
• Abstract要約: 新型コロナウイルスはSARS-CoV-2感染の診断と管理に緊急に必要なものとなっている。 近年の取り組みはコンピュータによる特徴付けと診断に重点を置いている。 臨床データセンター間のデータのドメインシフトは、学習ベースのモデルをデプロイする際に深刻な課題となる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.776338073000526
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The recent outbreak of COVID-19 has led to urgent needs for reliable diagnosis and management of SARS-CoV-2 infection. As a complimentary tool, chest CT has been shown to be able to reveal visual patterns characteristic for COVID-19, which has definite value at several stages during the disease course. To facilitate CT analysis, recent efforts have focused on computer-aided characterization and diagnosis, which has shown promising results. However, domain shift of data across clinical data centers poses a serious challenge when deploying learning-based models. In this work, we attempt to find a solution for this challenge via federated and semi-supervised learning. A multi-national database consisting of 1704 scans from three countries is adopted to study the performance gap, when training a model with one dataset and applying it to another. Expert radiologists manually delineated 945 scans for COVID-19 findings. In handling the variability in both the data and annotations, a novel federated semi-supervised learning technique is proposed to fully utilize all available data (with or without annotations). Federated learning avoids the need for sensitive data-sharing, which makes it favorable for institutions and nations with strict regulatory policy on data privacy. Moreover, semi-supervision potentially reduces the annotation burden under a distributed setting. The proposed framework is shown to be effective compared to fully supervised scenarios with conventional data sharing instead of model weight sharing.
• Abstract（参考訳）: 新型コロナウイルスの流行により、SARS-CoV-2感染の確実な診断と管理が緊急に必要になった。 補足具として,胸部CTは新型コロナウイルスに特徴的な視覚パターンを明らかにすることができることが示されている。 CT解析を容易にするため,最近の研究はコンピュータ支援による特徴解析と診断に重点を置いており,有望な結果を示している。 しかし、臨床データセンター間のデータのドメインシフトは、学習ベースのモデルをデプロイする際に深刻な課題となる。 本研究では,この課題に対して,フェデレーションとセミ教師付き学習による解決を試みる。 1つのデータセットでモデルをトレーニングし、他の国に適用する場合、パフォーマンスギャップを研究するために、3つの国から1704のスキャンからなる多国籍データベースが採用されている。 専門家の放射線科医は945件の検査を手作業で検査した。 データとアノテーションのばらつきに対処するために、新しいフェデレーション付き半教師付き学習手法を提案し、すべての利用可能なデータ(アノテーションの有無に関わらず)を完全に活用する。 連合学習は機密データ共有の必要性を回避し、データプライバシに関する厳格な規制ポリシーを持つ機関や国にとって有利である。 さらに、半スーパービジョンは分散設定下でのアノテーションの負担を軽減する可能性がある。 提案手法は, モデル重み付けではなく, 従来のデータ共有方式による完全教師付きシナリオと比較して有効であることが示されている。

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