論文の概要: Federated Learning Enables Big Data for Rare Cancer Boundary Detection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.10836v2
• Date: Mon, 25 Apr 2022 20:07:43 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2022-04-28 08:33:35.151173
• Title: Federated Learning Enables Big Data for Rare Cancer Boundary Detection
• Title（参考訳）: がん境界検出のためのビッグデータを提供するFederated Learning
• Authors: Sarthak Pati, Ujjwal Baid, Brandon Edwards, Micah Sheller, Shih-Han Wang, G Anthony Reina, Patrick Foley, Alexey Gruzdev, Deepthi Karkada, Christos Davatzikos, Chiharu Sako, Satyam Ghodasara, Michel Bilello, Suyash Mohan, Philipp Vollmuth, Gianluca Brugnara, Chandrakanth J Preetha, Felix Sahm, Klaus Maier-Hein, Maximilian Zenk, Martin Bendszus, Wolfgang Wick, Evan Calabrese, Jeffrey Rudie, Javier Villanueva-Meyer, Soonmee Cha, Madhura Ingalhalikar, Manali Jadhav, Umang Pandey, Jitender Saini, John Garrett, Matthew Larson, Robert Jeraj, Stuart Currie, Russell Frood, Kavi Fatania, Raymond Y Huang, Ken Chang, Carmen Balana, Jaume Capellades, Josep Puig, Johannes Trenkler, Josef Pichler, Georg Necker, Andreas Haunschmidt, Stephan Meckel, Gaurav Shukla, Spencer Liem, Gregory S Alexander, Joseph Lombardo, Joshua D Palmer, Adam E Flanders, Adam P Dicker, Haris I Sair, Craig K Jones, Archana Venkataraman, Meirui Jiang, Tiffany Y So, Cheng Chen, Pheng Ann Heng, Qi Dou, Michal Kozubek, Filip Lux, Jan Mich\'alek, Petr Matula, Milo\v{s} Ke\v{r}kovsk\'y, Tereza Kop\v{r}ivov\'a, Marek Dost\'al, V\'aclav Vyb\'ihal, Michael A Vogelbaum, J Ross Mitchell, Joaquim Farinhas, Joseph A Maldjian, Chandan Ganesh Bangalore Yogananda, Marco C Pinho, Divya Reddy, James Holcomb, Benjamin C Wagner, Benjamin M Ellingson, Timothy F Cloughesy, Catalina Raymond, Talia Oughourlian, Akifumi Hagiwara, Chencai Wang, Minh-Son To, Sargam Bhardwaj, Chee Chong, Marc Agzarian, Alexandre Xavier Falc\~ao, Samuel B Martins, Bernardo C A Teixeira, Fl\'avia Sprenger, David Menotti, Diego R Lucio, Pamela LaMontagne, Daniel Marcus, Benedikt Wiestler, Florian Kofler, Ivan Ezhov, Marie Metz, Rajan Jain, Matthew Lee, Yvonne W Lui, Richard McKinley, Johannes Slotboom, Piotr Radojewski, Raphael Meier, Roland Wiest, Derrick Murcia, Eric Fu, Rourke Haas, John Thompson, David Ryan Ormond, Chaitra Badve, Andrew E Sloan, Vachan Vadmal, Kristin Waite, Rivka R Colen, Linmin Pei, Murat Ak, Ashok Srinivasan, J Rajiv Bapuraj, Arvind Rao, Nicholas Wang, Ota Yoshiaki, Toshio Moritani, Sevcan Turk, Joonsang Lee, Snehal Prabhudesai, Fanny Mor\'on, Jacob Mandel, Konstantinos Kamnitsas, Ben Glocker, Luke V M Dixon, Matthew Williams, Peter Zampakis, Vasileios Panagiotopoulos, Panagiotis Tsiganos, Sotiris Alexiou, Ilias Haliassos, Evangelia I Zacharaki, Konstantinos Moustakas, Christina Kalogeropoulou, Dimitrios M Kardamakis, Yoon Seong Choi, Seung-Koo Lee, Jong Hee Chang, Sung Soo Ahn, Bing Luo, Laila Poisson, Ning Wen, Pallavi Tiwari, Ruchika Verma, Rohan Bareja, Ipsa Yadav, Jonathan Chen, Neeraj Kumar, Marion Smits, Sebastian R van der Voort, Ahmed Alafandi, Fatih Incekara, Maarten MJ Wijnenga, Georgios Kapsas, Renske Gahrmann, Joost W Schouten, Hendrikus J Dubbink, Arnaud JPE Vincent, Martin J van den Bent, Pim J French, Stefan Klein, Yading Yuan, Sonam Sharma, Tzu-Chi Tseng, Saba Adabi, Simone P Niclou, Olivier Keunen, Ann-Christin Hau, Martin Valli\`eres, David Fortin, Martin Lepage, Bennett Landman, Karthik Ramadass, Kaiwen Xu, Silky Chotai, Lola B Chambless, Akshitkumar Mistry, Reid C Thompson, Yuriy Gusev, Krithika Bhuvaneshwar, Anousheh Sayah, Camelia Bencheqroun, Anas Belouali, Subha Madhavan, Thomas C Booth, Alysha Chelliah, Marc Modat, Haris Shuaib, Carmen Dragos, Aly Abayazeed, Kenneth Kolodziej, Michael Hill, Ahmed Abbassy, Shady Gamal, Mahmoud Mekhaimar, Mohamed Qayati, Mauricio Reyes, Ji Eun Park, Jihye Yun, Ho Sung Kim, Abhishek Mahajan, Mark Muzi, Sean Benson, Regina G H Beets-Tan, Jonas Teuwen, Alejandro Herrera-Trujillo, Maria Trujillo, William Escobar, Ana Abello, Jose Bernal, Jhon G\'omez, Joseph Choi, Stephen Baek, Yusung Kim, Heba Ismael, Bryan Allen, John M Buatti, Aikaterini Kotrotsou, Hongwei Li, Tobias Weiss, Michael Weller, Andrea Bink, Bertrand Pouymayou, Hassan F Shaykh, Joel Saltz, Prateek Prasanna, Sampurna Shrestha, Kartik M Mani, David Payne, Tahsin Kurc, Enrique Pelaez, Heydy Franco-Maldonado, Francis Loayza, Sebastian Quevedo, Pamela Guevara, Esteban Torche, Cristobal Mendoza, Franco Vera, Elvis R\'ios, Eduardo L\'opez, Sergio A Velastin, Godwin Ogbole, Dotun Oyekunle, Olubunmi Odafe-Oyibotha, Babatunde Osobu, Mustapha Shu'aibu, Adeleye Dorcas, Mayowa Soneye, Farouk Dako, Amber L Simpson, Mohammad Hamghalam, Jacob J Peoples, Ricky Hu, Anh Tran, Danielle Cutler, Fabio Y Moraes, Michael A Boss, James Gimpel, Deepak Kattil Veettil, Kendall Schmidt, Brian Bialecki, Sailaja Marella, Cynthia Price, Lisa Cimino, Charles Apgar, Prashant Shah, Bjoern Menze, Jill S Barnholtz-Sloan, Jason Martin, Spyridon Bakas
• Abstract要約: 6大陸にわたる71の医療機関のデータを含む,これまでで最大のフェデレーテッドML研究の結果を報告する。 グリオ芽腫の稀な疾患に対する腫瘍境界自動検出装置を作製した。 当科では, 外科的に標的とした腫瘍の悪性度を高めるために, 33%の改善率を示し, 腫瘍全体に対する23%の改善率を示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 98.5549882883963
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Although machine learning (ML) has shown promise in numerous domains, there are concerns about generalizability to out-of-sample data. This is currently addressed by centrally sharing ample, and importantly diverse, data from multiple sites. However, such centralization is challenging to scale (or even not feasible) due to various limitations. Federated ML (FL) provides an alternative to train accurate and generalizable ML models, by only sharing numerical model updates. Here we present findings from the largest FL study to-date, involving data from 71 healthcare institutions across 6 continents, to generate an automatic tumor boundary detector for the rare disease of glioblastoma, utilizing the largest dataset of such patients ever used in the literature (25,256 MRI scans from 6,314 patients). We demonstrate a 33% improvement over a publicly trained model to delineate the surgically targetable tumor, and 23% improvement over the tumor's entire extent. We anticipate our study to: 1) enable more studies in healthcare informed by large and diverse data, ensuring meaningful results for rare diseases and underrepresented populations, 2) facilitate further quantitative analyses for glioblastoma via performance optimization of our consensus model for eventual public release, and 3) demonstrate the effectiveness of FL at such scale and task complexity as a paradigm shift for multi-site collaborations, alleviating the need for data sharing.
• Abstract（参考訳）: 機械学習(ML)は多くの領域で約束されているが、サンプル外データへの一般化性には懸念がある。 これは現在、複数のサイトから多種多様なデータを集中的に共有することで解決されている。 しかし、このような中央集権化は様々な制限によりスケール(あるいは実現不可能)が困難である。 Federated ML (FL) は数値モデルのアップデートを共有するだけで、正確で一般化可能なMLモデルをトレーニングする代替手段を提供する。 6大陸にわたる71の医療機関のデータを含む、これまでで最大のfl研究から得られた知見により、グリオブラスト腫のまれな疾患に対する腫瘍境界の自動検出装置が作成され、文献で使用された患者の最大のデータセット(6,314人の患者から25,256件のmriスキャン)を用いている。 当科では, 外科的に標的とした腫瘍の悪性度を高めるために, 33%の改善率を示し, 腫瘍全体に対する23%の改善率を示した。 我々は研究を期待する。 1) 大規模・多種多様なデータによる医療研究の促進, まれな疾患や人口不足に対する有意義な結果の確保。 2)最終的な公開のためのコンセンサスモデルの性能最適化によるグリオ芽腫の定量的解析の促進 3)マルチサイトコラボレーションのパラダイムシフトとしてのflの有効性とタスク複雑性を実証し,データ共有の必要性を緩和する。

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