論文の概要: Joint enhancement of automatic chest X-ray diagnosis and radiological gaze prediction with multi-stage cooperative learning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.16970v5
• Date: Sat, 15 Feb 2025 12:06:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-18 17:33:43.260070
• Title: Joint enhancement of automatic chest X-ray diagnosis and radiological gaze prediction with multi-stage cooperative learning
• Title（参考訳）: 多段階協調学習による胸部X線自動診断と放射線学的視線予測の併用強化
• Authors: Zirui Qiu, Hassan Rivaz, Yiming Xiao,
• Abstract要約: 胸部X線検査における関節疾患診断のための新しい深層学習フレームワークを提案する。 具体的には、DenseNet201バックボーンとResidualおよびSqueeze-and-Excitationブロックベースのエンコーダの両方を活用する、新しいデュアルエンコーダマルチタスクUNetを導入する。 提案手法は胸部X線診断における既存の手法と視覚的注意マップの精度を大幅に上回ることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.64700310378485
• License:
• Abstract: Purpose: As visual inspection is an inherent process during radiological screening, the associated eye gaze data can provide valuable insights into relevant clinical decisions. As deep learning has become the state-of-the-art for computer-assisted diagnosis, integrating human behavior, such as eye gaze data, into these systems is instrumental to help align machine predictions with clinical diagnostic criteria, thus enhancing the quality of automatic radiological diagnosis. Methods: We propose a novel deep learning framework for joint disease diagnosis and prediction of corresponding clinical visual attention maps for chest X-ray scans. Specifically, we introduce a new dual-encoder multi-task UNet, which leverages both a DenseNet201 backbone and a Residual and Squeeze-and-Excitation block-based encoder to extract diverse features for visual attention map prediction, and a multi-scale feature-fusion classifier to perform disease classification. To tackle the issue of asynchronous training schedules of individual tasks in multi-task learning, we proposed a multi-stage cooperative learning strategy, with contrastive learning for feature encoder pretraining to boost performance. Results: Our proposed method is shown to significantly outperform existing techniques for chest X-ray diagnosis (AUC=0.93) and the quality of visual attention map prediction (Correlation coefficient=0.58). Conclusion: Benefiting from the proposed multi-task multi-stage cooperative learning, our technique demonstrates the benefit of integrating clinicians' eye gaze into clinical AI systems to boost performance and potentially explainability.
• Abstract（参考訳）: 目的: 視線検査は, 放射線検査において固有のプロセスであるので, 関連した視線データから, 関連する臨床的決定に関する貴重な知見が得られる。 深層学習がコンピュータ支援診断の最先端となりつつあるため、視線データなどの人間の行動を統合することにより、機械予測と臨床診断基準の整合が図られ、自動放射線診断の品質が向上する。 方法: 胸部X線検査における関節疾患診断のための新しい深層学習フレームワークを提案し, 対応する臨床視力マップの予測を行った。 具体的には、DenseNet201バックボーンとResidualとSqueeze-and-Excitationブロックベースのエンコーダの両方を活用して、視覚的注意マップ予測のための多様な特徴を抽出する新しいデュアルエンコーダマルチタスクUNetと、病気分類を行うマルチスケール機能融合分類器を提案する。 マルチタスク学習における個別タスクの非同期トレーニングスケジュールの課題に対処するため,我々は多段階協調学習戦略を提案し,性能向上のための特徴エンコーダ事前学習のためのコントラスト学習を行った。 結果:本手法は胸部X線診断(AUC=0.93)と視線地図の精度(相関係数=0.58)において有意に優れていた。 結論: 提案したマルチタスク多段階協調学習に適合し, 臨床AIシステムに臨床医の視線を組み込むことにより, 性能と説明可能性を高めることのメリットを実証する。

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