基于联邦学习和深度学习的肺炎分类方法研究
2021-04-18刘俊彤
苏 洋,张 浩,刘俊彤
(皖南医学院 医学信息学院,安徽 芜湖 241002)
肺炎是目前最常见的感染性疾病之一,多发于2岁以下儿童或老年人群,由于其形成原因复杂,发病期短[1],如何尽可能早的识别肺炎对其后期诊疗具有重要作用。胸部X光片(Chest X-Ray,CXR)是目前检测肺炎的重要手段。然而,CXR存在图片分辨率低、各器官重叠交叉等问题,容易导致医生误诊,因此使用人工智能技术进行智能辅助诊断具有重要意义[2]。传统的医学图像处理技术,一般通过对图像进行降噪、滤波、特征提取、分类器设计等操作对医学图像进行分类,实现辅助诊断[3]。然而,当图像特征较弱时,其辅助诊断效果也会较差。
近年来,深度学习(Deep Learning,DL)已发展成为医学图像处理的重要技术之一。Pranav Rajpurkar[4]等人设计了一个多层卷积神经网络(ChexNet)进行肺炎识别,其网络层数达到了121层,该算法以CXR图片作为输入,输出肺炎区域,在公开数据集 ChestX-ray14对14种肺部疾病进行了分类验证测试,结果显示ChexNet在部分领域的性能超过了专业医生的平均水平。Kermany[5]等人首先利用迁移学习对卷积神经网络模型进行预训练,然后在此基础上进行后续模型训练,实验结果表明其分类准确率可达到92.80%。由此可见,将迁移学习和深度学习联合使用可以提高模型的分类准确度。
深度学习模型性能的优异与否很大程度上依赖于训练数据集的大小。2017年,谷歌的一份研究报告探索了大数据与深度学习的关系:通过提升训练数据量,可以有效提升模型性能[6]。但在现实场景中,却存在着严重的“数据孤岛”现象[7],除少数巨头公司能够满足数据要求外,绝大多数企业都存在数据量少、数据质量差等问题,难以支撑人工智能技术。……
