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Enregistrement W4280519765 · doi:10.1016/s2589-7500(22)00063-2

AI recognition of patient race in medical imaging: a modelling study

2022· article· en· W4280519765 sur OpenAlexaff
Judy Wawira Gichoya, Imon Banerjee, Ananth Reddy Bhimireddy, John L. Burns, Leo Anthony Celi, Li-Ching Chen, Ramón Correa, Natalie Dullerud, Marzyeh Ghassemi, Shih-Cheng Huang, Po‐Chih Kuo, Matthew P. Lungren, Lyle J. Palmer, Brandon J. Price, Saptarshi Purkayastha, Ayis Pyrros, Lauren Oakden‐Rayner, Chima Okechukwu, Laleh Seyyed-Kalantari, Hari Trivedi, Ryan Wang, Zachary Zaiman, Haoran Zhang

Notice bibliographique

RevueThe Lancet Digital Health · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueArtificial Intelligence in Healthcare and Education
Établissements canadiensVector InstituteLunenfeld-Tanenbaum Research InstituteUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesU.S. National Library of MedicineNational Institute of Biomedical Imaging and BioengineeringMinistry of Science and Technology, TaiwanNational Heart, Lung, and Blood InstituteNational Sleep FoundationNational Institutes of HealthNational Science Foundation
Mots-clésMedicineDeep learningArtificial intelligenceMedical imagingConfoundingPopulationReceiver operating characteristicModalitiesMachine learningComputer sciencePathology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Previous studies in medical imaging have shown disparate abilities of artificial intelligence (AI) to detect a person's race, yet there is no known correlation for race on medical imaging that would be obvious to human experts when interpreting the images. We aimed to conduct a comprehensive evaluation of the ability of AI to recognise a patient's racial identity from medical images. METHODS: Using private (Emory CXR, Emory Chest CT, Emory Cervical Spine, and Emory Mammogram) and public (MIMIC-CXR, CheXpert, National Lung Cancer Screening Trial, RSNA Pulmonary Embolism CT, and Digital Hand Atlas) datasets, we evaluated, first, performance quantification of deep learning models in detecting race from medical images, including the ability of these models to generalise to external environments and across multiple imaging modalities. Second, we assessed possible confounding of anatomic and phenotypic population features by assessing the ability of these hypothesised confounders to detect race in isolation using regression models, and by re-evaluating the deep learning models by testing them on datasets stratified by these hypothesised confounding variables. Last, by exploring the effect of image corruptions on model performance, we investigated the underlying mechanism by which AI models can recognise race. FINDINGS: In our study, we show that standard AI deep learning models can be trained to predict race from medical images with high performance across multiple imaging modalities, which was sustained under external validation conditions (x-ray imaging [area under the receiver operating characteristics curve (AUC) range 0·91-0·99], CT chest imaging [0·87-0·96], and mammography [0·81]). We also showed that this detection is not due to proxies or imaging-related surrogate covariates for race (eg, performance of possible confounders: body-mass index [AUC 0·55], disease distribution [0·61], and breast density [0·61]). Finally, we provide evidence to show that the ability of AI deep learning models persisted over all anatomical regions and frequency spectrums of the images, suggesting the efforts to control this behaviour when it is undesirable will be challenging and demand further study. INTERPRETATION: The results from our study emphasise that the ability of AI deep learning models to predict self-reported race is itself not the issue of importance. However, our finding that AI can accurately predict self-reported race, even from corrupted, cropped, and noised medical images, often when clinical experts cannot, creates an enormous risk for all model deployments in medical imaging. FUNDING: National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, MIDRC grant of National Institutes of Health, US National Science Foundation, National Library of Medicine of the National Institutes of Health, and Taiwan Ministry of Science and Technology.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,006
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,023
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,017
Score d'incertitude au seuil0,034

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0060,023
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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.

Tête enseignante Opus0,190
Tête enseignante GPT0,441
Écart entre enseignants0,251 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations518
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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