Improving Medical Images Classification With Label Noise Using Dual-Uncertainty Estimation

计算机科学 人工智能 噪音(视频) 稳健性(进化) 机器学习 噪声测量 图像噪声 模式识别(心理学) 辍学(神经网络) 医学影像学 标杆管理 Boosting(机器学习) 数据挖掘 图像(数学) 降噪 生物化学 化学 营销 业务 基因
作者
Lie Ju,Xin Wang,Lin Wang,Dwarikanath Mahapatra,Xin Zhao,Quan Zhou,Tongliang Liu,Zongyuan Ge
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41 (6): 1533-1546 被引量:26
标识
DOI:10.1109/tmi.2022.3141425
摘要

Deep neural networks are known to be data-driven and label noise can have a marked impact on model performance. Recent studies have shown great robustness to classic image recognition even under a high noisy rate. In medical applications, learning from datasets with label noise is more challenging since medical imaging datasets tend to have instance-dependent noise (IDN) and suffer from high observer variability. In this paper, we systematically discuss the two common types of label noise in medical images - disagreement label noise from inconsistency expert opinions and single-target label noise from biased aggregation of individual annotations. We then propose an uncertainty estimation-based framework to handle these two label noise amid the medical image classification task. We design a dual-uncertainty estimation approach to measure the disagreement label noise and single-target label noise via improved Direct Uncertainty Prediction and Monte-Carlo-Dropout. A boosting-based curriculum training procedure is later introduced for robust learning. We demonstrate the effectiveness of our method by conducting extensive experiments on three different diseases with synthesized and real-world label noise: skin lesions, prostate cancer, and retinal diseases. We also release a large re-engineered database that consists of annotations from more than ten ophthalmologists with an unbiased golden standard dataset for evaluation and benchmarking. The dataset is available at https://mmai.group/peoples/julie/.

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