Accurate recognition of colorectal cancer with semi-supervised deep learning on pathological images

人工智能 计算机科学 结直肠癌 瓶颈 医学诊断 注释 模式识别(心理学) 半监督学习 标记数据 病态的 F1得分 机器学习 癌症 医学 病理 内科学 嵌入式系统
作者
Gang Yu,Kai Sun,Chao Xu,Xinghua Shi,Chong Wu,Ting Xie,Run-Qi Meng,Xiang‐He Meng,Kuan-Song Wang,Hong‐Mei Xiao,Hong‐Wen Deng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:105
标识
DOI:10.1038/s41467-021-26643-8
摘要

Machine-assisted pathological recognition has been focused on supervised learning (SL) that suffers from a significant annotation bottleneck. We propose a semi-supervised learning (SSL) method based on the mean teacher architecture using 13,111 whole slide images of colorectal cancer from 8803 subjects from 13 independent centers. SSL (~3150 labeled, ~40,950 unlabeled; ~6300 labeled, ~37,800 unlabeled patches) performs significantly better than the SL. No significant difference is found between SSL (~6300 labeled, ~37,800 unlabeled) and SL (~44,100 labeled) at patch-level diagnoses (area under the curve (AUC): 0.980 ± 0.014 vs. 0.987 ± 0.008, P value = 0.134) and patient-level diagnoses (AUC: 0.974 ± 0.013 vs. 0.980 ± 0.010, P value = 0.117), which is close to human pathologists (average AUC: 0.969). The evaluation on 15,000 lung and 294,912 lymph node images also confirm SSL can achieve similar performance as that of SL with massive annotations. SSL dramatically reduces the annotations, which has great potential to effectively build expert-level pathological artificial intelligence platforms in practice.
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