An investigation into the causes of race bias in artificial intelligence–based cine cardiac magnetic resonance segmentation
Notice bibliographique
Résumé
Aims: Artificial intelligence (AI) methods are being used increasingly for the automated segmentation of cine cardiac magnetic resonance (CMR) imaging. However, these methods have been shown to be subject to race bias; i.e. they exhibit different levels of performance for different races depending on the (im)balance of the data used to train the AI model. In this paper, we investigate the source of this bias, seeking to understand its root cause(s). Methods and results: We trained AI models to perform race classification on cine CMR images and/or segmentations from White and Black subjects from the UK Biobank and found that the classification accuracy for images was higher than for segmentations. Interpretability methods showed that the models were primarily looking at non-heart regions. Cropping images tightly around the heart caused classification accuracy to drop to almost chance level. Visualizing the latent space of AI segmentation models showed that race information was encoded in the models. Training segmentation models using cropped images reduced but did not eliminate the bias. A number of possible confounders for the bias in segmentation model performance were identified for Black subjects but none for White subjects. Conclusion: Distributional differences between annotated CMR data of White and Black races, which can lead to bias in trained AI segmentation models, are predominantly image-based, not segmentation-based. Most of the differences occur in areas outside the heart, such as subcutaneous fat. These findings will be important for researchers investigating performance of AI models on different races.
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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 | 0,031 | 0,088 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,003 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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.
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 ».