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深度學習不僅對“醫學影象分析”有重大意義,對“醫學影象”本身也將有重大意義。
“醫療領域”外延太大,筆者之前做過在醫學影象領域深度學習的相關調研,也關注行業的前沿發展,分享如下:
2017年一篇綜述論文 A survey on deep learning in medical image analysis. 正好提到了深度學習在醫學影象處理方面的進展和問題。
成功的深度學習方法通常有這樣幾個層面的原因1.很好的利用了該領域的專家知識2.對資料進行了合適的預處理和資料增強處理3.為某個單一任務設計了特殊的網路結構4.使用了合適的超引數最佳化方法(基於直覺調參或者貝葉斯方法調參)醫學影象領域仍有其獨特的困難和挑戰1.缺少(帶精確標註)的大型資料庫2.特定任務需要有領域專家進行指導3.不同專家間的意見也難以一致4.二分類模型過於簡單難以勝任更復雜的情形5.醫學影象資料類別嚴重不均衡6.醫學影象分析的困難還存在於影象分析之外(需要充分利用關於患者的其他維度的資訊,如年齡病史等)7.基於切片的神經網路難以利用原影象中對應解剖結構的位置資訊,但將整張圖片傳入神經網路的做法又有相應的缺點。展望部分2017年Esteva等人在面板病學及2016年Gulshan等人在眼科學方面取得了驚人的進展,在這兩個領域,他們都取得了比人類專家精度更高的圖片分類模型。但是究其成功的本質原因,是因為ImageNet資料集上取得了很好的結果,而上述兩個問題足夠簡單,與ImageNet資料集中的某些自然影象處理問題有類似的結構。得益於ImageNet資料集巨大的資料量,將其中的模型用到上述兩個問題上就取得了非常好的效果。通常情況下的問題並沒有這麼簡單的結構,暫無優秀的可用於3維灰度或多通道影象的預先處理好的網路結構,仍然需要更進一步的工作。
此外,儘管許多的醫學影象分析問題可以被抽象簡化為分類問題,但這並不見得是最優方案,許多好的結果需要透過非深度學習傳統方法“後處理”得到。在2017年前,隨著AlexNet在ImageNet資料集上的大獲成功,湧現出大量有監督學習的深度學習方法在醫學影象處理方面的工作。但無監督學習將成為接下來的趨勢。無監督學習最大的好處是不需要大量精確標註的資料,此外無監督學習模仿了人類學習的方式,我們可能不需要特別的標註就能自動執行需要的任務。藉助極少的監督我們就能處理大量的分類問題。當下主流方法是自編碼VAE和對抗神經網路GAN。與有精確標註的醫學影象相比,沒有標註的醫學影象資料更加容易獲得,而無監督學習可以在這個方面發揮優勢。
結語:深度學習不僅對“醫學影象分析”有重大意義,對“醫學影象”本身也將有重大意義。
延伸閱讀:
深度學習在健康資訊學領域的進展:Deep Learning for Health Informatics.該文章於2017年釋出,在 A survey on deep learning in medical image analysis 論文第一節第四段被推薦,可供參考。
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我覺得有非常多的問題需要解決,比如拿到了資料如何解釋。很多年前我在跟清華的一個教授合作的時候,使用一些醫療的資訊,比如用深度學習去挖掘診脈的資訊,怎麼讓診脈的結果出來之後可以做判斷?之前去拍MI和CT照片的時候,為什麼醫生可以說這樣是有問題的,那樣是沒問題的呢?我相信在當時也是透過資料統計的方法,因為有些病人MI和CT的照片裡面有這樣的情況,所以我們就理解這個地方有這樣的問題。對深度學習或者在醫療行業做medical image來說,解決這個問題很簡單,我們能夠對最後的結果給出一定的解釋。不管是經驗也好,還是怎樣,我們能夠把它還原成類似MRI的照片從而告訴醫生這個地方是有問題的,透過這樣的方式,把可解釋性解決。從另一個方面就是我們的技術還有更多方面需要挖掘,在藥物發現裡面怎麼去做進一步的加速,在診斷系統裡面,怎樣更好的提高系統的準確性等,這些都是未來技術需要去解決的,也需要我們去為之努力。