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Enregistrement W4377010966 · doi:10.1186/s13000-023-01355-3

Biased data, biased AI: deep networks predict the acquisition site of TCGA images

2023· article· en· W4377010966 sur OpenAlexafffund
Taher Dehkharghanian, Azam Asilian Bidgoli, Abtin Riasatian, Pooria Mazaheri, Clinton J.V. Campbell, Liron Pantanowitz, Hamid R. Tizhoosh, Shahryar Rahnamayan

Notice bibliographique

RevueDiagnostic Pathology · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueAI in cancer detection
Établissements canadiensUniversity of WaterlooOntario Tech UniversityBrock UniversityWilliam Osler Health SystemLaurentian UniversityMcMaster UniversityUniversity Health Network
Organismes subventionnairesOntario Research Foundation
Mots-clésArtificial intelligenceComputer sciencePathologyComputational biologyMedicineBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Deep learning models applied to healthcare applications including digital pathology have been increasing their scope and importance in recent years. Many of these models have been trained on The Cancer Genome Atlas (TCGA) atlas of digital images, or use it as a validation source. One crucial factor that seems to have been widely ignored is the internal bias that originates from the institutions that contributed WSIs to the TCGA dataset, and its effects on models trained on this dataset. METHODS: 8,579 paraffin-embedded, hematoxylin and eosin stained, digital slides were selected from the TCGA dataset. More than 140 medical institutions (acquisition sites) contributed to this dataset. Two deep neural networks (DenseNet121 and KimiaNet were used to extract deep features at 20× magnification. DenseNet was pre-trained on non-medical objects. KimiaNet has the same structure but trained for cancer type classification on TCGA images. The extracted deep features were later used to detect each slide's acquisition site, and also for slide representation in image search. RESULTS: DenseNet's deep features could distinguish acquisition sites with 70% accuracy whereas KimiaNet's deep features could reveal acquisition sites with more than 86% accuracy. These findings suggest that there are acquisition site specific patterns that could be picked up by deep neural networks. It has also been shown that these medically irrelevant patterns can interfere with other applications of deep learning in digital pathology, namely image search. This study shows that there are acquisition site specific patterns that can be used to identify tissue acquisition sites without any explicit training. Furthermore, it was observed that a model trained for cancer subtype classification has exploited such medically irrelevant patterns to classify cancer types. Digital scanner configuration and noise, tissue stain variation and artifacts, and source site patient demographics are among factors that likely account for the observed bias. Therefore, researchers should be cautious of such bias when using histopathology datasets for developing and training deep networks.

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)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,010
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMétarecherche
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: Méthodes · 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 enseignants0,998
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,010
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
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 Opus0,024
Tête enseignante GPT0,276
Écart entre enseignants0,253 · 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.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
DomaineMéthodes
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

Citations57
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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