論文の概要: Mitigating Calibration Bias Without Fixed Attribute Grouping for
Improved Fairness in Medical Imaging Analysis
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.01738v1
- Date: Tue, 4 Jul 2023 14:14:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-06 16:49:17.773931
- Title: Mitigating Calibration Bias Without Fixed Attribute Grouping for
Improved Fairness in Medical Imaging Analysis
- Title（参考訳）: 医用画像解析の公平性向上を目的とした固定属性群のない校正バイアスの緩和
- Authors: Changjian Shui, Justin Szeto, Raghav Mehta, Douglas Arnold, Tal Arbel
- Abstract要約: クラスタ・フォーカス (Cluster-Focal) は、まず粗悪な校正されたサンプルを識別し、それらをグループに分類し、その後、校正バイアスを改善するためにグループ指向の焦点損失を導入する。
HAM10000データセットを用いた皮膚病変分類と,多発性硬化症(MS)患者の将来の病変活動の予測について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.8943928153775826
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Trustworthy deployment of deep learning medical imaging models into
real-world clinical practice requires that they be calibrated. However, models
that are well calibrated overall can still be poorly calibrated for a
sub-population, potentially resulting in a clinician unwittingly making poor
decisions for this group based on the recommendations of the model. Although
methods have been shown to successfully mitigate biases across subgroups in
terms of model accuracy, this work focuses on the open problem of mitigating
calibration biases in the context of medical image analysis. Our method does
not require subgroup attributes during training, permitting the flexibility to
mitigate biases for different choices of sensitive attributes without
re-training. To this end, we propose a novel two-stage method: Cluster-Focal to
first identify poorly calibrated samples, cluster them into groups, and then
introduce group-wise focal loss to improve calibration bias. We evaluate our
method on skin lesion classification with the public HAM10000 dataset, and on
predicting future lesional activity for multiple sclerosis (MS) patients. In
addition to considering traditional sensitive attributes (e.g. age, sex) with
demographic subgroups, we also consider biases among groups with different
image-derived attributes, such as lesion load, which are required in medical
image analysis. Our results demonstrate that our method effectively controls
calibration error in the worst-performing subgroups while preserving prediction
performance, and outperforming recent baselines.
- Abstract（参考訳）: 深層学習医療画像モデルの現実的な臨床実践への展開には、校正が必要である。
しかし、全体として十分に調整されたモデルは、サブ人口の調整が不十分なままであり、このモデルの推奨に基づいて、臨床医が不意にこのグループの決定を下す可能性がある。
モデル精度の観点から,サブグループ間のバイアスの軽減に有効な方法が示されているが,本研究は医用画像解析の文脈におけるキャリブレーションバイアスの軽減に関するオープン問題に焦点を当てている。
本手法は訓練中にサブグループ属性を必要とせず,各属性の選択に対するバイアスを緩和する柔軟性を実現する。
そこで本研究では,まず低濃度の試料を同定し,それらをグループに分類し,グループワイド焦点損失を導入して校正バイアスを改善する2段階の手法を提案する。
HAM10000データセットを用いた皮膚病変分類と,多発性硬化症(MS)患者の将来の病変活動の予測について検討した。
また,年齢,性別などの従来の敏感な属性を年齢,性別などのサブグループで考慮することに加えて,医療画像解析において必要となる病変負荷など,画像由来の属性が異なるグループ間でのバイアスも考慮する。
提案手法は, 予測性能を維持しつつ, 最近のベースラインよりも高い精度で校正誤差を効果的に制御できることを示す。
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