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Enregistrement W4283804853 · doi:10.3389/fradi.2022.991683

Improving disease classification performance and explainability of deep learning models in radiology with heatmap generators

2022· article· en· W4283804853 sur OpenAlexafffund
Akino Watanabe, Sara Ketabi, Khashayar Namdar, Farzad Khalvati

Notice bibliographique

RevueFrontiers in Radiology · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueCOVID-19 diagnosis using AI
Établissements canadiensVector InstituteHospital for Sick ChildrenUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesHospital for Sick ChildrenUniversity of Toronto
Mots-clésReceiver operating characteristicBaseline (sea)Artificial intelligenceMedicineDeep learningRadiographyMachine learningRadiologyComputer science

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

As deep learning is widely used in the radiology field, the explainability of Artificial Intelligence (AI) models is becoming increasingly essential to gain clinicians' trust when using the models for diagnosis. In this research, three experiment sets were conducted with a U-Net architecture to improve the disease classification performance while enhancing the heatmaps corresponding to the model's focus through incorporating heatmap generators during training. All experiments used the dataset that contained chest radiographs, associated labels from one of the three conditions ["normal", "congestive heart failure (CHF)", and "pneumonia"], and numerical information regarding a radiologist's eye-gaze coordinates on the images. The paper that introduced this dataset developed a U-Net model, which was treated as the baseline model for this research, to show how the eye-gaze data can be used in multi-modal training for explainability improvement and disease classification. To compare the classification performances among this research's three experiment sets and the baseline model, the 95% confidence intervals (CI) of the area under the receiver operating characteristic curve (AUC) were measured. The best method achieved an AUC of 0.913 with a 95% CI of [0.860, 0.966]. "Pneumonia" and "CHF" classes, which the baseline model struggled the most to classify, had the greatest improvements, resulting in AUCs of 0.859 with a 95% CI of [0.732, 0.957] and 0.962 with a 95% CI of [0.933, 0.989], respectively. The decoder of the U-Net for the best-performing proposed method generated heatmaps that highlight the determining image parts in model classifications. These predicted heatmaps, which can be used for the explainability of the model, also improved to align well with the radiologist's eye-gaze data. Hence, this work showed that incorporating heatmap generators and eye-gaze information into training can simultaneously improve disease classification and provide explainable visuals that align well with how the radiologist viewed the chest radiographs when making diagnosis.

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)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,008
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 enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,023

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,008
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,018
Tête enseignante GPT0,248
Écart entre enseignants0,230 · 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

Citations18
Publié2022
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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