论文

人口学条件化的合成医学影像用于疾病分类器的偏置缓解与检测

Demographically-Conditioned Synthetic Medical Images for Bias Mitigation and Bias Detection in Disease Classifiers

模型评测鲁棒性、公平性与可信度评测

摘要

医学影像分类器的逐亚群公平性审计面临样本量问题:留出测试集中的少数亚群样本太少,使逐亚群表现的置信区间比审计要检测的偏置更宽。我们论证:人口学条件化的合成生成器可两者兼为——在训练侧缓解偏置、在评估侧检测偏置。以端到端微调的Stable Diffusion 2.1生成器在新冠胸部CT分类上工作,我们得到两个发现。偏置缓解(训练):人口学平衡的合成队列最有用的是作为预训练先验而非联合增广——在相同固定数据下,先序贯预训练再微调大幅优于联合增广,所得分类器以约100倍的真数据效率超越全真数据基线。偏置检测(评估):跨五个合成少数队列与五个分类器种子——合成估计器再现了高效真oracle的亚群排名(MCC与Recall的Spearman ρ=1.00),并在小真测试集样本耗尽处给出更可靠的逐格估计。合成队列因此在公平审计关心的那些格中最有用——既是亚群偏置的修复也是量尺。

人口学条件化的合成医学影像用于疾病分类器的偏置缓解与检测:论文配图
图 1:数据来源图。四个 COVIDx-CT-3A 患者不相交分区、通过合并和重新分割保留 ∪\cup 保留少数而获得的两个派生的每子组评估集(真实测试大、真实测试小)、SD 2.1 微调生成器以及从中采样的四个合成队列。表 1 给出了每组进料的确切计数和下游使用情况。