Overcoming barriers to data sharing with medical image generation: a comprehensive evaluation

过度拟合 合成数据 计算机科学 水准点(测量) 人工智能 生成模型 机器学习 数据共享 图像合成 医学影像学 骨料(复合) 数据挖掘 图像(数学) 模式识别(心理学) 数据科学 生成语法 人工神经网络 医学 复合材料 病理 材料科学 替代医学 地理 大地测量学
作者
August DuMont Schütte,Jürgen Hetzel,Sergios Gatidis,Tobias Hepp,Benedikt Dietz,Stefan Bauer,Patrick Schwab
出处
期刊:npj digital medicine [Nature Portfolio]
卷期号:4 (1) 被引量:25
标识
DOI:10.1038/s41746-021-00507-3
摘要

Abstract Privacy concerns around sharing personally identifiable information are a major barrier to data sharing in medical research. In many cases, researchers have no interest in a particular individual’s information but rather aim to derive insights at the level of cohorts. Here, we utilise generative adversarial networks (GANs) to create medical imaging datasets consisting entirely of synthetic patient data. The synthetic images ideally have, in aggregate, similar statistical properties to those of a source dataset but do not contain sensitive personal information. We assess the quality of synthetic data generated by two GAN models for chest radiographs with 14 radiology findings and brain computed tomography (CT) scans with six types of intracranial haemorrhages. We measure the synthetic image quality by the performance difference of predictive models trained on either the synthetic or the real dataset. We find that synthetic data performance disproportionately benefits from a reduced number of classes. Our benchmark also indicates that at low numbers of samples per class, label overfitting effects start to dominate GAN training. We conducted a reader study in which trained radiologists discriminate between synthetic and real images. In accordance with our benchmark results, the classification accuracy of radiologists improves with an increasing resolution. Our study offers valuable guidelines and outlines practical conditions under which insights derived from synthetic images are similar to those that would have been derived from real data. Our results indicate that synthetic data sharing may be an attractive alternative to sharing real patient-level data in the right setting.
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