摘要
糖尿病视网膜病变(DR)是全球视力丧失的主要原因,通过自动化视网膜图像分析进行早期诊断可显著降低失明风险。本文提出一种鲁棒的深度学习框架,结合迁移学习和大规模数据增强技术,解决类别不平衡和训练数据有限的问题。研究评估了包括ResNet和EfficientNet变体在内的多种预训练卷积神经网络架构,并在APTOS 2019数据集上进行验证。
在二元分类任务中,模型实现了98.9%的准确率(精确度98.6%、召回率99.3%、F1分数98.9%、AUC 99.4%);在更具挑战性的五级严重程度分类中,模型取得84.6%的准确率和94.1%的AUC,优于现有方法。实验表明,EfficientNet-B0和ResNet34在准确性与计算效率间达到了最佳平衡。
核心方法
- 数据增强策略:采用类别平衡的过采样与几何变换(旋转、翻转等)缓解数据分布偏差。
-
- 迁移学习框架:基于预训练模型(ImageNet权重)进行微调,优化特征提取能力。
-
- 模型评估:对比ResNet18/34/50和EfficientNet-B0/B3,综合考量推理速度与性能指标。
实验结果
- 硬件配置:使用某机构提供的GPU集群进行训练,batch size设置为32。
-
- 关键指标:五级分类的混淆矩阵显示,模型对中度以上病变的识别灵敏度提升12%-15%。
-
- 部署潜力:框架支持低资源环境部署,单张图像推理时间<50ms。
结论
该框架为临床DR筛查提供了可扩展的高精度解决方案,未来可集成至某中心的医疗影像分析平台。