Automatic recognition of white blood cell images with memory efficient superpixel metric GNN: SMGNN

计算机科学 人工智能 分割 过度拟合 模式识别(心理学) 图形 公制(单位) 图像分割 人工神经网络 计算机视觉 运营管理 理论计算机科学 经济
作者
Yuan‐Hong Jiang,Yiqing Shen,Yu Guang Wang,Qiaoqiao Ding
出处
期刊:Mathematical Biosciences and Engineering [Arizona State University]
卷期号:21 (2): 2163-2188
标识
DOI:10.3934/mbe.2024095
摘要

<abstract><p>An automatic recognizing system of white blood cells can assist hematologists in the diagnosis of many diseases, where accuracy and efficiency are paramount for computer-based systems. In this paper, we presented a new image processing system to recognize the five types of white blood cells in peripheral blood with marked improvement in efficiency when juxtaposed against mainstream methods. The prevailing deep learning segmentation solutions often utilize millions of parameters to extract high-level image features and neglect the incorporation of prior domain knowledge, which consequently consumes substantial computational resources and increases the risk of overfitting, especially when limited medical image samples are available for training. To address these challenges, we proposed a novel memory-efficient strategy that exploits graph structures derived from the images. Specifically, we introduced a lightweight superpixel-based graph neural network (GNN) and broke new ground by introducing superpixel metric learning to segment nucleus and cytoplasm. Remarkably, our proposed segmentation model superpixel metric graph neural network (SMGNN) achieved state of the art segmentation performance while utilizing at most 10000$ \times $ less than the parameters compared to existing approaches. The subsequent segmentation-based cell type classification processes showed satisfactory results that such automatic recognizing algorithms are accurate and efficient to execeute in hematological laboratories. Our code is publicly available at <ext-link ext-link-type="uri" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="https://github.com/jyh6681/SPXL-GNN">https://github.com/jyh6681/SPXL-GNN</ext-link>.</p></abstract>
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