Interpretability-Guided Inductive Bias For Deep Learning Based Medical Image

可解释性 计算机科学 人工智能 深度学习 机器学习 模块化设计 稳健性(进化) 一致性(知识库) 归纳偏置 分割 模式识别(心理学) 多任务学习 生物化学 化学 管理 经济 基因 任务(项目管理) 操作系统
作者
Dwarikanath Mahapatra,Alexander Poellinger,Mauricio Reyes
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier]
卷期号:81: 102551-102551 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.media.2022.102551
摘要

Deep learning methods provide state of the art performance for supervised learning based medical image analysis. However it is essential that trained models extract clinically relevant features for downstream tasks as, otherwise, shortcut learning and generalization issues can occur. Furthermore in the medical field, trustability and transparency of current deep learning systems is a much desired property. In this paper we propose an interpretability-guided inductive bias approach enforcing that learned features yield more distinctive and spatially consistent saliency maps for different class labels of trained models, leading to improved model performance. We achieve our objectives by incorporating a class-distinctiveness loss and a spatial-consistency regularization loss term. Experimental results for medical image classification and segmentation tasks show our proposed approach outperforms conventional methods, while yielding saliency maps in higher agreement with clinical experts. Additionally, we show how information from unlabeled images can be used to further boost performance. In summary, the proposed approach is modular, applicable to existing network architectures used for medical imaging applications, and yields improved learning rates, model robustness, and model interpretability.

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