Enhancing AI reliability: A foundation model with uncertainty estimation for optical coherence tomography-based retinal disease diagnosis

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作者
Yuanyuan Peng,Aidi Lin,Meng Wang,Tian Lin,Linna Liu,Jian Wu,Ke Zou,Tingkun Shi,Lixia Feng,Zhen Liang,Tao Li,Dan Liang,Shanshan Yu,Dawei Sun,Jing Luo,Ling Gao,Xinjian Chen,Ching‐Yu Cheng,Huazhu Fu,Haoyu Chen
出处
期刊:Cell reports medicine [Elsevier]
卷期号:: 101876-101876
标识
DOI:10.1016/j.xcrm.2024.101876
摘要

Inability to express the confidence level and detect unseen disease classes limits the clinical implementation of artificial intelligence in the real world. We develop a foundation model with uncertainty estimation (FMUE) to detect 16 retinal conditions on optical coherence tomography (OCT). In the internal test set, FMUE achieves a higher F1 score of 95.74% than other state-of-the-art algorithms (92.03%-93.66%) and improves to 97.44% with threshold strategy. The model achieves similar excellent performance on two external test sets from the same and different OCT machines. In human-model comparison, FMUE achieves a higher F1 score of 96.30% than retinal experts (86.95%, p = 0.004), senior doctors (82.71%, p < 0.001), junior doctors (66.55%, p < 0.001), and generative pretrained transformer 4 with vision (GPT-4V) (32.39%, p < 0.001). Besides, FMUE predicts high uncertainty scores for >85% images of non-target-category diseases or with low quality to prompt manual checks and prevent misdiagnosis. Our FMUE provides a trustworthy method for automatic retinal anomaly detection in a clinical open-set environment.

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