SMILE: Cost-sensitive multi-task learning for nuclear segmentation and classification with imbalanced annotations

分割 计算机科学 人工智能 特征(语言学) 任务(项目管理) 编码(集合论) 模式识别(心理学) 机器学习 代表(政治) 源代码 经济 法学 程序设计语言 管理 集合(抽象数据类型) 政治学 哲学 操作系统 政治 语言学
作者
Xipeng Pan,Jijun Cheng,Feihu Hou,Rushi Lan,Cheng Lu,Lingqiao Li,Zhengyun Feng,Huadeng Wang,Changhong Liang,Zhenbing Liu,Xin Chen,Chu Han,Zaiyi Liu
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier BV]
卷期号:88: 102867-102867 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.media.2023.102867
摘要

High throughput nuclear segmentation and classification of whole slide images (WSIs) is crucial to biological analysis, clinical diagnosis and precision medicine. With the advances of CNN algorithms and the continuously growing datasets, considerable progress has been made in nuclear segmentation and classification. However, few works consider how to reasonably deal with nuclear heterogeneity in the following two aspects: imbalanced data distribution and diversified morphology characteristics. The minority classes might be dominated by the majority classes due to the imbalanced data distribution and the diversified morphology characteristics may lead to fragile segmentation results. In this study, a cost-Sensitive MultI-task LEarning (SMILE) framework is conducted to tackle the data heterogeneity problem. Based on the most popular multi-task learning backbone in nuclei segmentation and classification, we propose a multi-task correlation attention (MTCA) to perform feature interaction of multiple high relevant tasks to learn better feature representation. A cost-sensitive learning strategy is proposed to solve the imbalanced data distribution by increasing the penalization for the error classification of the minority classes. Furthermore, we propose a novel post-processing step based on the coarse-to-fine marker-controlled watershed scheme to alleviate fragile segmentation when nuclei are with large size and unclear contour. Extensive experiments show that the proposed method achieves state-of-the-art performances on CoNSeP and MoNuSAC 2020 datasets. The code is available at: https://github.com/panxipeng/nuclear_segandcls.
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