An Explainable Deep Learning Ensemble Model for Robust Diagnosis of Diabetic Retinopathy Grading
Notice bibliographique
Résumé
Diabetic retinopathy (DR) is one of the most common causes of vision loss in people who have diabetes for a prolonged period. Convolutional neural networks (CNNs) have become increasingly popular for computer-aided DR diagnosis using retinal fundus images. While these CNNs are highly reliable, their lack of sufficient explainability prevents them from being widely used in medical practice. In this article, we propose a novel explainable deep learning ensemble model where weights from different models are fused into a single model to extract salient features from various retinal lesions found on fundus images. The extracted features are then fed to a custom classifier for the final diagnosis of DR severity level. The model is trained on an APTOS dataset containing retinal fundus images of various DR grades using a cyclical learning rates strategy with an automatic learning rate finder for decaying the learning rate to improve model accuracy. We develop an explainability approach by leveraging gradient-weighted class activation mapping and shapely adaptive explanations to highlight the areas of fundus images that are most indicative of different DR stages. This allows ophthalmologists to view our model's decision in a way that they can understand. Evaluation results using three different datasets (APTOS, MESSIDOR, IDRiD) show the effectiveness of our model, achieving superior classification rates with a high degree of precision (0.970), sensitivity (0.980), and AUC (0.978). We believe that the proposed model, which jointly offers state-of-the-art diagnosis performance and explainability, will address the black-box nature of deep CNN models in robust detection of DR grading.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».