实验研究
基于迁移学习的糖尿病视网膜病变辅助诊断算法
中华实验眼科杂志, 2019,37(8) : 603-607. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2019.08.003
摘要
目的

研究基于迁移学习的糖尿病视网膜病变(DR)诊断算法在小样本训练数据集中的应用。

方法

采用广东省肇庆市高要区人民医院拍摄的4 465幅彩色眼底照片作为完整数据集。使用固定预训练参数和微调预训练参数的模型训练策略作为迁移学习组,将其与非迁移学习的随机初始化参数的策略对比,并将这3种策略应用在ResNet50、Inception V3和NASNet 3种深度学习网络的训练上。此外,从完整数据集中随机划分出小样本数据集,研究训练数据的减少对不同训练策略的影响。采用诊断模型的准确率和训练时间分析不同训练策略的效果。

结果

取不同网络架构中的最优结果。微调预训练参数策略取得的模型准确率为90.9%,高于固定预训练参数策略的88.1%及随机初始化参数策略的88.4%。固定预训练参数策略的训练所需时间为10 min,少于微调预训练参数策略的16 h及随机初始化参数策略的24 h。在训练数据减少后,随机初始化参数策略得到的模型准确率平均下降8.6%,而迁移学习组准确率平均下降2.5%。

结论

结合迁移学习中的微调策略和NASNet架构的新型识别算法在小样本数据集下仍保持高准确率,具有高度的鲁棒性,可用于DR的有效筛查。

引用本文: 黄义劲, 吕俊延, 李萌, 等.  基于迁移学习的糖尿病视网膜病变辅助诊断算法 [J] . 中华实验眼科杂志, 2019, 37(8) : 603-607. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2019.08.003.
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糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病的严重并发症之一,是一种主要的致盲疾病[1]。DR的检测和评估方法主要是基于彩色眼底照片的解读,但DR早期发病隐匿,病变的诊断对医师的能力要求较高且工作量大,加之眼科医疗资源分布不均,导致基层的DR患者无法获得及时的诊断,进而延误治疗[2]。近期,随着卷积神经网络(convolution neural network,CNN)和人工智能(artificial intelligence,AI)技术的发展,基于CNN的分类算法逐渐被应用于基于彩色眼底照片的DR早期筛查。有研究使用超过7万张公开EyePACS彩色眼底照片数据库[3]来训练特殊设计的13层CNN,最终得到75%的诊断准确率[4]。另有研究也使用EyePACS数据集来训练深度残差网络,基于5-折交叉验证得到94.0%的敏感度和98.0%的特异性[5]。然而,大多数已有的深度学习方案都不可避免地需要海量的标注数据来训练模型。与此同时,EyePACS数据集等大型公开数据集的标注与国内的眼底图像分级标准存在差异[6]。根据指定标准收集并标注大量的眼底照片十分困难且耗时,因此,能够在有限数据集下得到高准确率模型的深度学习算法十分必要。本研究中提出基于迁移学习[7]的NASNet[8]结构的DR诊断算法,并以4 465张彩色眼底照片的数据集来量化其准确率及优化特性。

 
 
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