Focused active learning for histopathological image classification

人工智能 计算机科学 MNIST数据库 班级(哲学) 主动学习(机器学习) 模式识别(心理学) 深度学习 机器学习
作者
Arne Schmidt,Pablo Morales-Álvarez,Lee Cooper,Lee A. Newberg,Andinet Enquobahrie,Rafael Molina,Aggelos K. Katsaggelos
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier]
卷期号:95: 103162-103162
标识
DOI:10.1016/j.media.2024.103162
摘要

Active Learning (AL) has the potential to solve a major problem of digital pathology: the efficient acquisition of labeled data for machine learning algorithms. However, existing AL methods often struggle in realistic settings with artifacts, ambiguities, and class imbalances, as commonly seen in the medical field. The lack of precise uncertainty estimations leads to the acquisition of images with a low informative value. To address these challenges, we propose Focused Active Learning (FocAL), which combines a Bayesian Neural Network with Out-of-Distribution detection to estimate different uncertainties for the acquisition function. Specifically, the weighted epistemic uncertainty accounts for the class imbalance, aleatoric uncertainty for ambiguous images, and an OoD score for artifacts. We perform extensive experiments to validate our method on MNIST and the real-world Panda dataset for the classification of prostate cancer. The results confirm that other AL methods are 'distracted' by ambiguities and artifacts which harm the performance. FocAL effectively focuses on the most informative images, avoiding ambiguities and artifacts during acquisition. For both experiments, FocAL outperforms existing AL approaches, reaching a Cohen's kappa of 0.764 with only 0.69% of the labeled Panda data.
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