Multi-Label Local to Global Learning: A Novel Learning Paradigm for Chest X-Ray Abnormality Classification

计算机科学 人工智能 异常 火车 深度学习 集合(抽象数据类型) 机器学习 理论(学习稳定性) 人工神经网络 透视图(图形) 模式识别(心理学) 医学 地图学 精神科 程序设计语言 地理
作者
Z C Liu,Yuanzhi Cheng,Shinichi Tamura
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:27 (9): 4409-4420 被引量:2
标识
DOI:10.1109/jbhi.2023.3281466
摘要

Deep neural network (DNN) approaches have shown remarkable progress in automatic Chest X-rays classification. However, existing methods use a training scheme that simultaneously trains all abnormalities without considering their learning priority. Inspired by the clinical practice of radiologists progressively recognizing more abnormalities and the observation that existing curriculum learning (CL) methods based on image difficulty may not be suitable for disease diagnosis, we propose a novel CL paradigm, named multi-label local to global (ML-LGL). This approach iteratively trains DNN models on gradually increasing abnormalities within the dataset, i,e, from fewer abnormalities (local) to more ones (global). At each iteration, we first build the local category by adding high-priority abnormalities for training, and the abnormality's priority is determined by our three proposed clinical knowledge-leveraged selection functions. Then, images containing abnormalities in the local category are gathered to form a new training set. The model is lastly trained on this set using a dynamic loss. Additionally, we demonstrate the superiority of ML-LGL from the perspective of the model's initial stability during training. Experimental results on three open-source datasets, PLCO, ChestX-ray14 and CheXpert show that our proposed learning paradigm outperforms baselines and achieves comparable results to state-of-the-art methods. The improved performance promises potential applications in multi-label Chest X-ray classification.
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