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Enregistrement W4392672760 · doi:10.1016/j.ebiom.2024.105047

Drop the shortcuts: image augmentation improves fairness and decreases AI detection of race and other demographics from medical images

2024· article· en· W4392672760 sur OpenAlexfundno aff
Ryan Wang, Po‐Chih Kuo, Li-Ching Chen, Kenneth P. Seastedt, Judy Wawira Gichoya, Leo Anthony Celi

Notice bibliographique

RevueEBioMedicine · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueArtificial Intelligence in Healthcare and Education
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNational Institute on Minority Health and Health DisparitiesNational Institute on AgingNational Institute of Biomedical Imaging and BioengineeringFogarty International CenterCanadian Institutes of Health ResearchNational Institutes of HealthGenentechIXICOH. Lundbeck A/SServierEisaiGordon and Betty Moore FoundationNorthern California Institute for Research and EducationF. Hoffmann-La RocheRadiological Society of North AmericaBioClinicaPfizerBiogenNational Heart, Lung, and Blood InstituteNovartis Pharmaceuticals CorporationU.S. Department of DefenseEli Lilly and CompanyBristol-Myers SquibbAlzheimer's Disease Neuroimaging InitiativeMeso Scale DiagnosticsAlzheimer's AssociationNational Science FoundationUniversity of Southern CaliforniaNational Science and Technology Council
Mots-clésDemographicsMedicineMagnetic resonance imagingArtificial intelligenceComputer scienceMachine learningDemographyRadiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: It has been shown that AI models can learn race on medical images, leading to algorithmic bias. Our aim in this study was to enhance the fairness of medical image models by eliminating bias related to race, age, and sex. We hypothesise models may be learning demographics via shortcut learning and combat this using image augmentation. METHODS: This study included 44,953 patients who identified as Asian, Black, or White (mean age, 60.68 years ±18.21; 23,499 women) for a total of 194,359 chest X-rays (CXRs) from MIMIC-CXR database. The included CheXpert images comprised 45,095 patients (mean age 63.10 years ±18.14; 20,437 women) for a total of 134,300 CXRs were used for external validation. We also collected 1195 3D brain magnetic resonance imaging (MRI) data from the ADNI database, which included 273 participants with an average age of 76.97 years ±14.22, and 142 females. DL models were trained on either non-augmented or augmented images and assessed using disparity metrics. The features learned by the models were analysed using task transfer experiments and model visualisation techniques. FINDINGS: In the detection of radiological findings, training a model using augmented CXR images was shown to reduce disparities in error rate among racial groups (-5.45%), age groups (-13.94%), and sex (-22.22%). For AD detection, the model trained with augmented MRI images was shown 53.11% and 31.01% reduction of disparities in error rate among age and sex groups, respectively. Image augmentation led to a reduction in the model's ability to identify demographic attributes and resulted in the model trained for clinical purposes incorporating fewer demographic features. INTERPRETATION: The model trained using the augmented images was less likely to be influenced by demographic information in detecting image labels. These results demonstrate that the proposed augmentation scheme could enhance the fairness of interpretations by DL models when dealing with data from patients with different demographic backgrounds. FUNDING: National Science and Technology Council (Taiwan), National Institutes of Health.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,640
Score d'incertitude au seuil0,471

Scores Codex et Gemma par catégorie

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

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 Opus0,036
Tête enseignante GPT0,400
Écart entre enseignants0,364 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
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

Citations25
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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