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医学人工智能周刊7|医疗人工智能算法的公平性

<h1 id="医疗人工智能算法的公平性" class="relative group">医疗人工智能算法的公平性 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%8c%bb%e7%96%97%e4%ba%ba%e5%b7%a5%e6%99%ba%e8%83%bd%e7%ae%97%e6%b3%95%e7%9a%84%e5%85%ac%e5%b9%b3%e6%80%a7" aria-label="Anchor">#</a></span></h1><p>医疗领域,发展和部署不公平的人工智能系统会破坏公平治疗<sup id="fnref:1"><a href="#fn:1" class="footnote-ref" role="doc-noteref">1</a></sup>。在各亚人群中对AI模型的评估揭露了患者诊断、治疗以及收费上的不公平性。本文中作者从医疗角度概述了机器学习公平性,并且讨论算法偏差(特别是在数据获取、变异以及内在标签变异性)如何在临床工作流中出现并导致医疗差异。同样回顾了通过去纠缠、联邦学习和模型可解释性来减轻偏差的新兴的技术,以及这些方法在发展基于AI软件作为医疗设备的作用。</p> <h2 id="解决医疗差异和不平等的意义" class="relative group">解决医疗差异和不平等的意义 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e8%a7%a3%e5%86%b3%e5%8c%bb%e7%96%97%e5%b7%ae%e5%bc%82%e5%92%8c%e4%b8%8d%e5%b9%b3%e7%ad%89%e7%9a%84%e6%84%8f%e4%b9%89" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>医疗差异不平等的原因,有观察到和隐藏的危险因素,了解这些差异的根源将指导改善服务患者不足的医疗保健的决策政策。 基于含有混淆历史偏差的数据发展的算法可能造成差异伤害,评估和减轻算法造成的伤害是研究医疗机器学习的重要动力。</p> <h3 id="医疗差异" class="relative group">医疗差异 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%8c%bb%e7%96%97%e5%b7%ae%e5%bc%82" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><ul> <li>遗传变异和群体特异性表型:人种</li> <li>社会因素:地位财富等</li> <li>医学概念变化:ICD编码</li> <li>数据获取变化:数据获取的设备变化</li> <li>未知的医疗疾病:covid</li> <li>不同发展水平的国家部署AI-based software as medical device</li> </ul> <h2 id="医疗公平衡量指标定义" class="relative group">医疗公平衡量指标定义 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%8c%bb%e7%96%97%e5%85%ac%e5%b9%b3%e8%a1%a1%e9%87%8f%e6%8c%87%e6%a0%87%e5%ae%9a%e4%b9%89" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><h3 id="demographic-parity" class="relative group">Demographic parity <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#demographic-parity" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>以关注的因素如种族划分亚组,在各亚组中模型阳性预测比例相等。</p> <h3 id="predictive-parity" class="relative group">Predictive parity <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#predictive-parity" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>阳性预测值(PPVs)和阴性预测值在各亚组应该相等。</p> <h3 id="equalized-odds" class="relative group">Equalized odds <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#equalized-odds" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>TPRs和FPRs在各亚组相等。</p> <h2 id="消除医疗ai不公开的技术" class="relative group">消除医疗AI不公开的技术 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e6%b6%88%e9%99%a4%e5%8c%bb%e7%96%97ai%e4%b8%8d%e5%85%ac%e5%bc%80%e7%9a%84%e6%8a%80%e6%9c%af" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>通过<strong>预处理</strong>步骤调整现有算法,以盲化、增强或重新加权输入空间;</p> <ul> <li>importance weighting</li> </ul> <p>为了消除混淆因素的影响,<strong>处理中</strong>技术在模型中构建了一个非区分项,来惩罚学习保护特性中的区分特征;</p> <ul> <li>non-discrimination term</li> </ul> <p><strong>后处理</strong>通过改变模型的输出来满足公平性指标;</p> <ul> <li>pick thresholds for each group</li> <li>a calibration curve can be fitted for each group</li> </ul> <div class="footnotes" role="doc-endnotes"> <hr> <ol> <li id="fn:1"> <p>Chen R J, Wang J J, Williamson D F K, et al. Algorithmic fairness in artificial intelligence for medicine and healthcare[J]. Nature Biomedical Engineering, 2023, 7(6): 719-742.&#160;<a href="#fnref:1" class="footnote-backref" role="doc-backlink">&#x21a9;&#xfe0e;</a></p> </li> </ol> </div>

2024/10/28
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如何阅读论文

<h2 id="introduction" class="relative group">Introduction <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#introduction" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>Efficiently read a paper is a critical but rarely taught skill.</p> <p>Describes the three-pass approach and its use in doing a literature survey.</p> <h2 id="the-three-pass-approach" class="relative group">The three-pass approach <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#the-three-pass-approach" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>The first pass gives you a general idea about the paper. The second pass lets you grasp the paper’s content, but not its details. The third pass helps you understand the paper in depth.</p> <h3 id="the-first-pass" class="relative group">The first pass <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#the-first-pass" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>A quick scan to get a bird’s-eye view of the paper, take about <strong>five to ten minutes:</strong></p> <ul> <li>carefully read the title, abstract, and introduction</li> <li>read the section and sub-section headings, but ignore everything else</li> <li>read the conclusions</li> <li>glance over the references, mentally ticking off the ones you’ve already read</li> </ul> <p>At the end of the first pass, you should be able to answer the 5Cs:</p> <ul> <li>Category: what type of paper is this?</li> <li>Context: which other papers is it related to? which theoretical bases were used?</li> <li>Correctness: Do the assumptions appear to be valid?</li> <li>Contributions: what are the paper’s main contributions?</li> <li>Clarity: Is the paper well written</li> </ul> <p><strong>think as a reviewer:</strong> if a reviewer cannot understand the gist after one pass, the paper may be rejected.</p> <h3 id="the-second-pass" class="relative group">The second pass <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#the-second-pass" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>read the paper with greater care, but ignore details such as proofs, take up to an hour.</p> <ul> <li>look carefully at the figures, diagrams and other illustrations</li> <li>mark relevant unread reference for further reading</li> </ul> <h3 id="the-third-pass" class="relative group">The third pass <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#the-third-pass" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>Take about four or five hours for beginners, and about an hour for an experienced reader.</p> <ul> <li>virtually re-implement the paper</li> </ul> <h2 id="doing-a-literature-survey" class="relative group">Doing a literature survey <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#doing-a-literature-survey" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><ul> <li>Use academic search engine to find <strong>there to five recent papers</strong> in the area <ul> <li>read their related work</li> <li><strong>a recent survey paper</strong></li> </ul> </li> <li>Find shared citations and repeated author names in the bibliography <ul> <li><strong>download the key papers (1)</strong></li> <li>find where the best researchers published recently</li> </ul> </li> <li>Go to the website for these top conferences or journals and look through their recent proceedings <ul> <li><strong>identify recent high-quality related work(2)</strong></li> <li>constitute the first version of survey from (1) and (2)</li> <li>obtain key paper you didn’t find in these papers, obtain and read it</li> </ul> </li> </ul> <h2 id="reference" class="relative group">Reference <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#reference" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>Keshav S. How to Read a Paper.</p>

2024/4/9
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Skip-gram模型(2)

<script> document.addEventListener("DOMContentLoaded", function() { renderMathInElement(document.body, { delimiters: [ {left: '$$', right: '$$', display: true}, {left: '$', right: '$', display: false}, {left: '\\(', right: '\\)', display: false}, {left: '\\[', right: '\\]', display: true} ], throwOnError : false }); }); </script> <blockquote> <p><a href="https://youngforever.tech/posts/20230205-skip-gram-part1/" target="_blank" rel="noreferrer">之前文章</a>介绍了skip-gram的原理,这篇文章给出模型的实现细节以及pytorch和tensorflow的实现。</p> </blockquote> <h2 id="回顾" class="relative group">回顾 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%9b%9e%e9%a1%be" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>假如用余弦相似度来计算两个词的one-hot编码得到0,即不能编码词之间的相似性,所以有了word2vec的方法,包括skip-gram和CBOW。</p> <p>接前文,假如我们拥有10000个单词的词汇表,想嵌入300维的词向量,那么我们的<strong>输入-隐层权重矩阵</strong>和<strong>隐层-输出层的权重矩阵</strong>都会有 10000 x 300 = 300万个权重,在如此庞大的神经网络中进行梯度下降是相当慢的。更糟糕的是,你需要大量的训练数据来调整这些权重并且避免过拟合。百万数量级的权重矩阵和亿万数量级的训练样本意味着训练这个模型将会是个灾难。<sup id="fnref:1"><a href="#fn:1" class="footnote-ref" role="doc-noteref">1</a></sup> 所以在具体实践上有一些计算技巧。</p> <h2 id="计算" class="relative group">计算 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e8%ae%a1%e7%ae%97" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>skip-gram模型基于单个输入来预测上下文,对于T个训练单词$w_1,&hellip;w_T$,即最大化以下概率$$\frac{1}{T}\sum_{t=1}^T\sum_{-c&lt;=j&lt;=c}logP(w_{t+j}|w_t)\tag1$$其中c为训练上下文的窗口大小,$p(w_{t+j}|w_t)$用softmax来计算$$p(w_o|w_i)=\frac{exp(v_{wo}^Tv_{wi})}{\sum_{w=1}^Wexp(v_{wo}^Tv_{wi})}$$其中$v_{wi}$为输入词向量的表征,在单词量W巨大的情况下(通常都有$10^5-10^7$),式1的计算开销巨大。</p> <p>在skip-gram实际算法中使用多种策略来减少模型的资源使用(内存)以及提高词向量表征质量<sup id="fnref:2"><a href="#fn:2" class="footnote-ref" role="doc-noteref">2</a></sup></p> <ul> <li>负采样 <ul> <li>从隐藏层到输出的Softmax层的计算量很大,因为要计算所有词的Softmax概率,再去找概率最大的值。例如当我们用训练样本 ( input word: &ldquo;fox&rdquo;,output word: &ldquo;quick&rdquo;) 来训练我们的神经网络时,“ fox”和“quick”都是经过one-hot编码的。如果我们的vocabulary大小为10000时,在输出层,我们期望对应“quick”单词的那个神经元结点输出1,其余9999个都应该输出0。在这里,这9999个我们期望输出为0的神经元结点所对应的单词我们称为“negative” word。<strong>当使用负采样时,我们将随机选择一小部分的negative words(比如选5个negative words)来更新对应的权重</strong>, 我们也会对我们的“positive” word进行权重更新<sup id="fnref:3"><a href="#fn:3" class="footnote-ref" role="doc-noteref">3</a></sup>。在实践中,​通常使用的是unigram分布的平方根,​即词汇表中每个词的概率的0.75次方除以归一化常数来挑选负样本。</li> </ul> </li> <li>高频词进行抽样 <ul> <li>原因:高频词相对于低频词来说提供的信息少;高频词随着样本增多本身表示也不会发生太大变化</li> <li>使用概率P来丢掉一定的单词$$P(w)=1- \sqrt{\frac{t}{f(w_i)}}$$其中t为设定的阈值,$f(w_i)$为单词出现的频率,可以看到频率越高丢弃的概率越大,反之越小</li> </ul> </li> <li>单词组合成词组作为单个词处理 <ul> <li>原因:组合词有特定的意思,不是简单把单个词的表示聚合起来</li> <li>如何从文本中提取出词组研究不少,skip-gram文章选用了$$socre(w_i, w_j)=\frac{count(w_iw_j)-\delta}{count(w_i)*count(w_j)}$$其中$w_i, w_j$代表不同的单词,利用score得分与设定的阈值比较来确定是否为常见词组</li> </ul> </li> </ul> <h2 id="skip-gram-pytorch实现" class="relative group">skip-gram PyTorch实现 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#skip-gram-pytorch%e5%ae%9e%e7%8e%b0" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>Word2vec skip-gram pytorch<sup id="fnref:4"><a href="#fn:4" class="footnote-ref" role="doc-noteref">4</a></sup></p> <p><a href="https://github.com/yongfanbeta/skip-gram/blob/main/skipgram-pytorch.ipynb" target="_blank" rel="noreferrer">skipgram-pytorch.ipynb</a></p> <h2 id="skip-gram-tensorflow实现" class="relative group">skip-gram Tensorflow实现 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#skip-gram-tensorflow%e5%ae%9e%e7%8e%b0" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>Word2vec skip-gram tensorflow<sup id="fnref:5"><a href="#fn:5" class="footnote-ref" role="doc-noteref">5</a></sup></p> <p><a href="https://github.com/yongfanbeta/skip-gram/blob/main/skipgram-tf.ipynb" target="_blank" rel="noreferrer">skipgram-tf.ipynb</a></p> <div class="footnotes" role="doc-endnotes"> <hr> <ol> <li id="fn:1"> <p><a href="https://zhuanlan.zhihu.com/p/27234078" target="_blank" rel="noreferrer">理解 Word2Vec 之 Skip-Gram 模型 - 知乎</a>&#160;<a href="#fnref:1" class="footnote-backref" role="doc-backlink">&#x21a9;&#xfe0e;</a></p> </li> <li id="fn:2"> <p><a href="https://arxiv.org/pdf/1310.4546.pdf" target="_blank" rel="noreferrer">Distributed Representations of Words and Phrases and their Compositionality</a>&#160;<a href="#fnref:2" class="footnote-backref" role="doc-backlink">&#x21a9;&#xfe0e;</a></p> </li> <li id="fn:3"> <p><a href="https://www.jianshu.com/p/cf36d4c1ea39" target="_blank" rel="noreferrer">关于skip-gram和负采样 - 简书</a>&#160;<a href="#fnref:3" class="footnote-backref" role="doc-backlink">&#x21a9;&#xfe0e;</a></p> </li> <li id="fn:4"> <p><a href="http://zh.d2l.ai/chapter_natural-language-processing-pretraining/word2vec.html" target="_blank" rel="noreferrer">14.1. 词嵌入(word2vec) — 动手学深度学习 2.0.0 documentation</a>&#160;<a href="#fnref:4" class="footnote-backref" role="doc-backlink">&#x21a9;&#xfe0e;</a></p> </li> <li id="fn:5"> <p><a href="https://www.tensorflow.org/tutorials/text/word2vec#negative_sampling_for_one_skip-gram" target="_blank" rel="noreferrer">word2vec  |  TensorFlow Core</a>&#160;<a href="#fnref:5" class="footnote-backref" role="doc-backlink">&#x21a9;&#xfe0e;</a></p> </li> </ol> </div>

2023/7/12
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医学人工智能周刊6|模态无关的学习方法在医学影像以及生理信号中的评测

<h2 id="摘要" class="relative group">摘要 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e6%91%98%e8%a6%81" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>目的:建立基准测试BenchMD,用于测试模型无关的方法包括<strong>架构</strong>和<strong>训练技术</strong>(例如自监督学习、预训练)在临床相关的医疗任务上的表现。简言之,就是测试最新一些通用人工智能方法在医疗任务上的表现。</p> <p>BenchMD包括19个公开数据集,7种医疗数据模态,1维传感器数据、2维图片、3维扫描数据。</p> <p>结果表明,没有一种与模态无关的技术在所有模态上都能实现强大的性能,基准模型有充足的改进空间。</p> <h2 id="引言" class="relative group">引言 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%bc%95%e8%a8%80" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>背景:Transformers模型和自监督学习(SSL)对标签数据需求小、能灵活运用到多种模态的数据。</p> <p>问题:衡量这些进展在领域内的效果需要制定具有广度和深度的评测,以捕捉应用和模式的多样性,并通过让专家参与评测过程来确保外部有效性。</p> <p>当前医疗AI领域应用时针对具体问题,通过试验选择不同的架构以及自监督学习方法,期望发展一种灵活、与模态无关无需定制化就能应用到各类问题的方法。</p> <p>解决:BenchMD针对每种模态构建标准化、临床有效的评估方法,并通过专家验证;同时探索了基准<strong>数据标签不足</strong>情况和<strong>数据偏移</strong>情况下的表现;</p> <p>同时,为了让BenchMD更加容易使用:</p> <ul> <li>易用性:新架构和任务即插即用</li> <li>易复现:全部使用公开数据集</li> </ul> <p>结果显示医疗AI领域通用、泛化性强方法仍需继续研究。</p> <h2 id="相关工作" class="relative group">相关工作 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e7%9b%b8%e5%85%b3%e5%b7%a5%e4%bd%9c" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><ul> <li>模态无关的技术:SSL <ul> <li>掩码建模</li> <li>对比学习</li> </ul> </li> <li>模态无关的医学人工智能 <ul> <li>在医学图像上自监督MAE比ImageNet上预训练要好</li> <li>医学影像有无监督预训练加上监督学习表现好</li> </ul> </li> <li>现有多种模态的基准测试 <ul> <li><a href="https://github.com/alextamkin/dabs" target="_blank" rel="noreferrer">GitHub - alextamkin/dabs: A Domain-Agnostic Benchmark for Self-Supervised Learning</a></li> <li><a href="https://github.com/p-lambda/wilds" target="_blank" rel="noreferrer">GitHub - p-lambda/wilds: A machine learning benchmark of in-the-wild distribution shifts, with data loaders, evaluators, and default models.</a></li> </ul> </li> </ul> <h2 id="模态和数据集" class="relative group">模态和数据集 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e6%a8%a1%e6%80%81%e5%92%8c%e6%95%b0%e6%8d%ae%e9%9b%86" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>整理了一系列高影响模态数据以及精心挑选的数据源和目标数据集,用于评估分布外 (OOD) 性能。</p> <h3 id="12-lead-ecgs" class="relative group">12-lead ECGs <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#12-lead-ecgs" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>利用5秒采样频率为500Hz的12导心电数据进行7分类:正常、传导障碍、心肌肥厚、心肌梗死、缺血性ST-T改变、心房颤动/心房扑动及其他。</p> <p>数据包括:</p> <ul> <li>PTB-XL (18k) 1989-1996 <ul> <li><a href="https://physionet.org/content/ptb-xl/1.0.3/" target="_blank" rel="noreferrer">PTB-XL, a large publicly available electrocardiography dataset v1.0.3</a></li> </ul> </li> <li>Chapman-Shaoxing (10k) 2020 <ul> <li><a href="https://figshare.com/collections/ChapmanECG/4560497/2" target="_blank" rel="noreferrer">A 12-lead electrocardiogram database for arrhythmia research covering more than 10,000 patients</a></li> </ul> </li> <li>Georgia 12-Lead ECG Challenge (10k) 2020 <ul> <li><a href="https://physionet.org/content/challenge-2020/1.0.2/#files" target="_blank" rel="noreferrer">Classification of 12-lead ECGs: The PhysioNet/Computing in Cardiology Challenge 2020 v1.0.2</a></li> </ul> </li> <li>China Physiological Signal Challenge (6.8k) 2018</li> </ul> <h3 id="eeg" class="relative group">EEG <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#eeg" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>30秒单导EEG睡眠分期任务。使用AASM睡眠分期标准:觉醒、快速眼动、非快速眼动I期、非快速眼动2期、非快速眼动3期。</p> <p>数据包括:</p> <ul> <li>SHHS (5.8k) 1995-1998 <ul> <li>includes 5,804 adults aged 40 and older</li> <li><a href="https://biolincc.nhlbi.nih.gov/studies/shhs/" target="_blank" rel="noreferrer">BioLINCC: Sleep Heart Health Study (SHHS)</a></li> </ul> </li> <li>ISRUC-Sleep(0.1k)2009-2013 <ul> <li>collected from subjects in hospital whose ages range from 20 years old to 85 years old, with an average age of 51</li> <li><a href="https://sleeptight.isr.uc.pt/" target="_blank" rel="noreferrer">ISRUC-SLEEP Dataset | A comprehensive public dataset for sleep researchers</a></li> </ul> </li> </ul> <h3 id="chest-x-rays" class="relative group">Chest X-Rays <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#chest-x-rays" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>使用2D灰度胸片进行单标签分类任务,包括肺不张、心脏扩大、实变、水肿和胸腔积液。</p> <p>数据包括:</p> <ul> <li>MIMIC-CXR (227k) 2011-2016 <ul> <li>a large publicly available dataset of chest radiographs in DICOM format with free-text radiology reports.</li> <li><a href="https://physionet.org/content/mimic-cxr/2.0.0/" target="_blank" rel="noreferrer">MIMIC-CXR Database v2.0.0</a></li> </ul> </li> <li>CheXpert (65k) 2002-2017 <ul> <li>a large public dataset for chest radiograph interpretation, consisting of 224,316 chest radiographs of 65,240 patients.</li> <li>[CheXpert: A Large Chest Radiograph Dataset with Uncertainty Labels and Expert Comparison](<a href="https://stanfordmlgroup.github.io/competitions/chexpert/" target="_blank" rel="noreferrer">https://stanfordmlgroup.github.io/competitions/chexpert/</a></li> </ul> </li> <li>VinDr-CXR (18k) 2018-2020 <ul> <li>The published dataset consists of 18,000 postero-anterior (PA) view CXR scans that come with both the localization of critical findings and the classification of common thoracic diseases.</li> <li><a href="https://vindr.ai/datasets/cxr" target="_blank" rel="noreferrer">VinDr-CXR: An open dataset and benchmarks for disease classification and abnormality localization on chest radiographs | VinDr</a></li> </ul> </li> </ul> <h3 id="mammograms" class="relative group">Mammograms <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#mammograms" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>乳腺X光检查包括患者左右乳房不同视图的2D灰度图像从1-5类BI-RADS分级。</p> <p>数据包括:</p> <ul> <li>VinDr-Mammo (5k) 2018-2020 <ul> <li>a large-scale benchmark dataset of full-field digital mammography, called VinDr-Mammo</li> <li><a href="https://vindr.ai/datasets/mammo" target="_blank" rel="noreferrer">VinDr-Mammo: A large-scale benchmark dataset for computer-aided diagnosis in full-field digital mammography | VinDr</a></li> </ul> </li> <li>CBIS-DDSM (2.6k)1988-1999 <ul> <li>The DDSM is a database of 2,620 scanned film mammography studies. It contains normal, benign, and malignant cases with verified pathology information.</li> <li><a href="https://wiki.cancerimagingarchive.net/pages/viewpage.action?pageId=22516629" target="_blank" rel="noreferrer">Curated Breast Imaging Subset of Digital Database for Screening Mammography (CBIS-DDSM) - The Cancer Imaging Archive (TCIA) Public Access - Cancer Imaging Archive Wiki</a></li> </ul> </li> </ul> <h3 id="dermoscopic" class="relative group">Dermoscopic <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#dermoscopic" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>基于2D RGB皮肤图像进行单标签分类,共5类:AKIEC“(包括光化性角化病、上皮内癌和鳞状细胞癌,因为所有这些都是鳞状细胞癌的连续体)、”BCC“(基底细胞癌)、”MEL“(黑色素瘤)、”NEV“(痣)和”其他疾病“(皮肤纤维瘤等)。</p> <p>数据包括:</p> <ul> <li>BCN20000(19k)2010-2016 <ul> <li>paper: <a href="https://arxiv.org/pdf/1908.02288.pdf" target="_blank" rel="noreferrer">BCN20000: DERMOSCOPIC LESIONS IN THE WILD</a></li> <li>data: <a href="https://challenge.isic-archive.com/data/#2019" target="_blank" rel="noreferrer">ISIC Challenge</a></li> </ul> </li> <li>HAM10000(10k) <ul> <li>paper: <a href="https://www.nature.com/articles/sdata2018161" target="_blank" rel="noreferrer">The HAM10000 dataset, a large collection of multi-source dermatoscopic images of common pigmented skin lesions | Scientific Data</a></li> <li>data: <a href="https://isic-archive.com/" target="_blank" rel="noreferrer">ISIC | International Skin Imaging Collaboration</a></li> </ul> </li> <li>PAD-UFES-20(1.37k)2018-2019 <ul> <li>a nonprofit program that provides free skin lesion treatment, in particular, to low-income people who cannot afford private treatment.</li> <li>paper: <a href="https://arxiv.org/abs/2007.00478" target="_blank" rel="noreferrer">[2007.00478] PAD-UFES-20: a skin lesion dataset composed of patient data and clinical images collected from smartphones</a></li> <li>data: <a href="https://data.mendeley.com/datasets/zr7vgbcyr2/1" target="_blank" rel="noreferrer">PAD-UFES-20: a skin lesion dataset composed of patient data and clinical images collected from smartphones - Mendeley Data</a></li> </ul> </li> </ul> <h3 id="fundus-images" class="relative group">Fundus Images <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#fundus-images" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>基于2D RGB眼底图像预测糖尿病视网膜病变严重程度,基于ICDR分级共5类</p> <p>数据包括:</p> <ul> <li>Messidor-2(0.5k)2004-2010 <ul> <li>a collection of Diabetic Retinopathy (DR) examinations, each consisting of two macula-centered eye fundus images (one per eye)</li> <li><a href="https://www.adcis.net/en/third-party/messidor2/" target="_blank" rel="noreferrer">Messidor-2 - ADCIS</a></li> </ul> </li> <li>APTOS 2019(3.6k)2019 <ul> <li>3662 samples collected from many participants of rural India</li> <li><a href="https://www.kaggle.com/competitions/aptos2019-blindness-detection/data" target="_blank" rel="noreferrer">APTOS 2019 Blindness Detection | Kaggle</a></li> </ul> </li> <li>Jinchi Medical University dataset(2.7k)2011-2015 <ul> <li>paper:<a href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5480986/#:~:text=Here%2C%20we%20show%20an%20AI%20that%20grades%20diabetic,staging%20and%20can%20suggest%20treatments%20and%20predict%20prognoses." target="_blank" rel="noreferrer">Applying artificial intelligence to disease staging: Deep learning for improved staging of diabetic retinopathy - PMC</a></li> <li>data:<a href="https://figshare.com/articles/figure/Davis_Grading_of_One_and_Concatenated_Figures/4879853/1" target="_blank" rel="noreferrer">Davis Grading of One and Concatenated Figures</a></li> </ul> </li> </ul> <h3 id="low-dose-computer-tomography-scansldct" class="relative group">Low Dose Computer Tomography Scans(LDCT) <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#low-dose-computer-tomography-scansldct" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>基于3D CT影像进行判断结节大小</p> <p>数据包括:</p> <ul> <li>LIDC-IDRI(1.0k)2010 <ul> <li><a href="https://wiki.cancerimagingarchive.net/pages/viewpage.action?pageId=1966254" target="_blank" rel="noreferrer">Data from The Lung Image Database Consortium (LIDC) and Image Database Resource Initiative (IDRI): A completed reference database of lung nodules on CT scans (LIDC-IDRI) - The Cancer Imaging Archive (TCIA) Public Access - Cancer Imaging Archive Wiki</a></li> </ul> </li> <li>LNDb(294)2016-2018 <ul> <li><a href="https://zenodo.org/record/7153205" target="_blank" rel="noreferrer">LNDb Dataset | Zenodo</a></li> </ul> </li> </ul> <h2 id="实验" class="relative group">实验 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%ae%9e%e9%aa%8c" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>对5种技术进行评估:3种SSL算法、ImageNet预训练、从头训练,然后使用多种迁移学习方法测试在分布外(OOD)数据中性能。</p> <h3 id="网络架构" class="relative group">网络架构 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e7%bd%91%e7%bb%9c%e6%9e%b6%e6%9e%84" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>分别使用1D、2D和3D的embedding模块处理原始数据形成256维度的嵌入空间,不同输入维度的信息能混合。编码器使用的是标准的ViT架构。</p> <h3 id="预训练" class="relative group">预训练 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e9%a2%84%e8%ae%ad%e7%bb%83" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>三种自监督方法</p> <ul> <li>Contrastive embedding-Mixup(e-Mix) <ul> <li>使用一定的比例系数对原始输入嵌入加权并相加,训练编码器为混合输入产生一个向量,该向量与原始输入经过混合因子加权相加尽量相近</li> </ul> </li> <li>Shuffled embedding prediction(ShED) <ul> <li>打乱一部分输入嵌入,使用带分类器的编码器来预测被扰动过的嵌入</li> </ul> </li> <li>MAE <ul> <li>对输入嵌入表达进行75%的掩码,训练模型重建输入对嵌入表达</li> </ul> </li> </ul> <h3 id="迁移学习以及分布外评价" class="relative group">迁移学习以及分布外评价 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e8%bf%81%e7%a7%bb%e5%ad%a6%e4%b9%a0%e4%bb%a5%e5%8f%8a%e5%88%86%e5%b8%83%e5%a4%96%e8%af%84%e4%bb%b7" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>固定模型骨架利用分布内数据训练一个线性分类器进行微调。然后在分布外数据集中进行zero-shot评估。微调数据集的选取,单标签任务选取,多标签任务选取。</p> <p> <figure><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/jmwyf/pichosting@master/benchmdpng" alt="" class="mx-auto my-0 rounded-md" /> </figure> </p> <h2 id="结果" class="relative group">结果 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e7%bb%93%e6%9e%9c" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><ul> <li>各类自监督方法在各模态数据上表现不一致,需要探索在各模态数据中表现更加一致的SSL算法</li> <li>SSL有时优于预训练方法,有时预训练也可以和SSL表现相当。<strong>未来需要探索在其他数据集例如imagenet中进行预训练,然后在医疗数据集中进行SSL</strong>,即预训练与自监督结合。</li> <li>微调过程中标化数据量影响模型性能,越多越好,但也要防止过拟合的情况发生。</li> <li>分布内与分布外数据模型性能比较表明需要探索提升模型可泛化性能的正则化技术</li> </ul> <h2 id="思考" class="relative group">思考 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e6%80%9d%e8%80%83" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>自监督技术和预训练技术在NLP和CV领域应用广泛,如何应用到各类医疗数据中,是不是在所有种类的医疗数据中表现都比不使用要好,本文通过构建各类基准模型尝试回答该问题,相比于NLP和CV领域,医疗领域数据种类繁多导致当前没有一种统一的方法适用于所有的情形,需要进一步研究判断对各种类的数据适合使用的方法,以及预训练与自监督技术联合使用的方法。</p> <blockquote> <p>Wantlin, K. et al. BenchMD: A Benchmark for Modality-Agnostic Learning on Medical Images and Sensors. Preprint at <a href="https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.08486" target="_blank" rel="noreferrer">https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.08486</a> (2023).</p> </blockquote>

2023/7/10
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医学人工智能周刊5|提高医疗领域AI算法研究透明性清单

<h2 id="有关临床人工智能建模的最小信息mi-claim检查清单" class="relative group">有关临床人工智能建模的最小信息:MI-CLAIM检查清单 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e6%9c%89%e5%85%b3%e4%b8%b4%e5%ba%8a%e4%ba%ba%e5%b7%a5%e6%99%ba%e8%83%bd%e5%bb%ba%e6%a8%a1%e7%9a%84%e6%9c%80%e5%b0%8f%e4%bf%a1%e6%81%afmi-claim%e6%a3%80%e6%9f%a5%e6%b8%85%e5%8d%95" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>一种用于提高医疗领域AI算法透明性报告的工具</p> <h3 id="研究设计" class="relative group">研究设计 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e7%a0%94%e7%a9%b6%e8%ae%be%e8%ae%a1" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><ul> <li><input disabled="" type="checkbox"> 模型解决的临床问题在论文中有清楚的细节</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 清晰的表述研究问题</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 患者队列的特征有细节文本体现</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 患者队列能代表真实世界临床环境</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 确定并详细说明用于基线比较最先进的解决方案</li> </ul> <h3 id="数据和优化" class="relative group">数据和优化 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e6%95%b0%e6%8d%ae%e5%92%8c%e4%bc%98%e5%8c%96" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><ul> <li><input disabled="" type="checkbox"> 原始数据以及原始格式在文中描述清楚</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 用于模型的数据转化被详细描述</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 训练集和测试集说吗相互独立</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 描述关于如何选择最优模型的细节</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 输入数据是结构化还是非结构化</li> </ul> <h3 id="模型性能" class="relative group">模型性能 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e6%80%a7%e8%83%bd" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><ul> <li><input disabled="" type="checkbox"> 描述用于评价算法性能(AUC、F-score等)的主要指标,包括选择依据</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 描述用于评价模型临床利用(PPV、NNT等)的主要指标,包括选择依据</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 使用合适的统计学方法描述比较提出模型性能与基线模型的性能</li> </ul> <h3 id="模型测试" class="relative group">模型测试 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e6%b5%8b%e8%af%95" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><ul> <li><input disabled="" type="checkbox"> 检查技术1,结构化数据系数以及敏感度分析</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 检查技术2,非结构化数据显著图以及敏感度分析</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 讨论模型/算法性能与检查结果相关性</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 讨论在检查方法不可解释的情况下,在案例层面模型可解释性的可行性与意义</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 讨论在底层数据分布偏移情况下模型的可靠性以及鲁棒性</li> </ul> <h3 id="可重复性" class="relative group">可重复性 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%8f%af%e9%87%8d%e5%a4%8d%e6%80%a7" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><ul> <li><input disabled="" type="checkbox"> 完成代码分享</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 允许第三方评测代码的准确性/公平性;分享评测结果</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 发布用于在新数据上运行代码而不共享其详细信息的虚拟机(二进制文件)</li> <li><input disabled="" type="checkbox"> 不分享</li> </ul> <p><a href="https://www.nature.com/articles/s41591-020-1041-y" target="_blank" rel="noreferrer">Minimum information about clinical artificial intelligence modeling: the MI-CLAIM checklist | Nature Medicine</a></p>

2023/6/23
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医学人工智能周刊4|如何解决医学人工智能的可解释性

<h2 id="构建临床医生需求与开发目标之间的桥梁来解决医学人工智能可解释性" class="relative group">构建临床医生需求与开发目标之间的桥梁来解决医学人工智能可解释性 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e6%9e%84%e5%bb%ba%e4%b8%b4%e5%ba%8a%e5%8c%bb%e7%94%9f%e9%9c%80%e6%b1%82%e4%b8%8e%e5%bc%80%e5%8f%91%e7%9b%ae%e6%a0%87%e4%b9%8b%e9%97%b4%e7%9a%84%e6%a1%a5%e6%a2%81%e6%9d%a5%e8%a7%a3%e5%86%b3%e5%8c%bb%e5%ad%a6%e4%ba%ba%e5%b7%a5%e6%99%ba%e8%83%bd%e5%8f%af%e8%a7%a3%e9%87%8a%e6%80%a7" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>可解释人工智能(XAI)已成为AI/ML在医疗领域实践应用一种有前途的解决方法。然而,开发者和临床人员如何解释XAI,以及他们之间冲突的目标和需求不太清楚。这篇文章介绍了一项纵向多种方法(调查问卷、实验、采访)的研究结果,该研究涉及112个开发人员和临床人员共同设计用于临床决策支持系统(CDSS)的XAI解决方案。本研究确定了XAI在开发者和临床医生心智模型中3个重要的差别,包括对立的目标(模型可解释性与临床合理性),不同事实来源(数据vs患者),以及探索新知识和利用旧知识。基于上述发现,文中提出能帮助解决医疗领域XAI难题的解决方案,包括利用因果推断模型,个性化解释以及探索和利用间的平衡。本研究强调在XAI系统设计中同时考虑开发者和临床医生角度观点的重要性并且提供提高医疗领域XAI有效性和可用性的实用建议。</p> <p> <figure><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/jmwyf/pichosting@master/XAI.png" alt="" class="mx-auto my-0 rounded-md" /> </figure> </p> <p><a href="https://www.nature.com/articles/s41746-023-00837-4" target="_blank" rel="noreferrer">Solving the explainable AI conundrum by bridging clinicians’ needs and developers’ goals | npj Digital Medicine</a></p> <h2 id="医学影像人工智能解释的现状与未来" class="relative group">医学影像人工智能解释的现状与未来 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%8c%bb%e5%ad%a6%e5%bd%b1%e5%83%8f%e4%ba%ba%e5%b7%a5%e6%99%ba%e8%83%bd%e8%a7%a3%e9%87%8a%e7%9a%84%e7%8e%b0%e7%8a%b6%e4%b8%8e%e6%9c%aa%e6%9d%a5" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>医学影像的解释是放射科医生工作的核心任务,近年来人工智能应用逐渐参与其中。这篇文章回顾了影像人工智能模型发展及其在临床实践中应用的进展、挑战和机遇。文章讨论了AI算法帮助放射科医生完成包括检查、工作流分类以及量化的功能,也讨论了非影像科医生使用医学影像AI的趋势。文章指出了在放射学使用AI算法时泛化的核心挑战,以及对包含临床医生-AI合作、透明度以及部署后监测的验证保障措施的需求。最后,文章讨论了人工智能领域多模态LLM的快速发展,这一进展为开发通用医疗人工智能模型提供了重大机遇,这些模型可以处理各种医学影像解释任务等。</p> <p> <figure><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/jmwyf/pichosting@master/AIinterpretation.png" alt="" class="mx-auto my-0 rounded-md" /> </figure> </p> <p><a href="https://doi.org/10.1056/NEJMra2301725" target="_blank" rel="noreferrer">The Current and Future State of AI Interpretation of Medical Images | NEJM</a></p> <h2 id="基于深度学习方法从疾病轨迹中预测胰腺癌风险" class="relative group">基于深度学习方法从疾病轨迹中预测胰腺癌风险 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%9f%ba%e4%ba%8e%e6%b7%b1%e5%ba%a6%e5%ad%a6%e4%b9%a0%e6%96%b9%e6%b3%95%e4%bb%8e%e7%96%be%e7%97%85%e8%bd%a8%e8%bf%b9%e4%b8%ad%e9%a2%84%e6%b5%8b%e8%83%b0%e8%85%ba%e7%99%8c%e9%a3%8e%e9%99%a9" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>胰腺癌是一种侵袭性疾病,通常表现较晚结局较差,这意味着需要早期诊断。本研究中,将人工智能方法应用在丹麦(丹麦国家患者登记处,DNPR)六百万患者(24000胰腺癌患者病例)和美国(美国退伍军人事务部,US-VA)三百万患者(3900胰腺癌病例)的临床数据中,在临床病史的疾病代码序列中训练机器学习模型,并在逐渐增加的时间窗口中测试预测癌症发生率。对于在36个月内的发生癌症,DNPR数据最佳模型性能为AUROC=0.88,当在癌症诊断前3个月内的疾病事件从训练机中排除时,AUROC(3m)减少至0.83,1000个年龄高于50岁的高风险人群估计相对风险为59。将丹麦模型交叉验证到US-VA中有较低的性能表现(AUROC=0.71),可以通过再训练来提高模型性能。这些结果说明为存在风险升高的患者设计现实监督计划的能力,通过早期发现这种侵袭性的癌症可能有益于寿命以及生活质量。</p> <p><a href="https://www.nature.com/articles/s41591-023-02332-5" target="_blank" rel="noreferrer">A deep learning algorithm to predict risk of pancreatic cancer from disease trajectories | Nature Medicine</a></p>

2023/6/23
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医学人工智能周刊 #3

<h1 id="医学影像分类的自监督学习系统综述以及实施指南" class="relative group">医学影像分类的自监督学习:系统综述以及实施指南 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%8c%bb%e5%ad%a6%e5%bd%b1%e5%83%8f%e5%88%86%e7%b1%bb%e7%9a%84%e8%87%aa%e7%9b%91%e7%9d%a3%e5%ad%a6%e4%b9%a0%e7%b3%bb%e7%bb%9f%e7%bb%bc%e8%bf%b0%e4%bb%a5%e5%8f%8a%e5%ae%9e%e6%96%bd%e6%8c%87%e5%8d%97" aria-label="Anchor">#</a></span></h1><p>深度学习和计算机视觉的发展给医学影像分析提供了有前景的解决方案,有潜力提高医疗水平以及患者治疗效果。然而,训练深度学习模型的主流范式需要大量标注的训练数据,这对于医学影像数据管理既耗时又花费巨大。自监督学习有可能从丰富没有标签的医学数据集中学习有用的见解,为发展鲁棒性高的医学影像模型做出巨大贡献。本综述对不同自监督策略进行了描述,并对2012年到2022年间在PubMed、Scopus、ArXiv上发表的使用自监督学习进行医学影像分类对研究进行系统综述。我们综合了前期工作的知识,并且为未来<strong>利用自监督学习建立医学影像分类模型对研究人员提供了实践指南</strong>。</p> <h2 id="自监督常见技术" class="relative group">自监督常见技术 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e8%87%aa%e7%9b%91%e7%9d%a3%e5%b8%b8%e8%a7%81%e6%8a%80%e6%9c%af" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><h3 id="内在关系" class="relative group">内在关系 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%86%85%e5%9c%a8%e5%85%b3%e7%b3%bb" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>在一些手工制定的任务上预训练模型,可以利用数据的内部结构,而无需获取额外的标签。例如图像相对关系、预测图像旋转角度。</p> <h3 id="生成模型" class="relative group">生成模型 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e7%94%9f%e6%88%90%e6%a8%a1%e5%9e%8b" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>生成模型随着传统的自编码器(AE)、变分编码器(VAE)和生成式对抗网络(GANs)出现而变得流行起来,能够学习训练数据的分布,从而重建原始输入或者创建新的合成数据实例。通过使用现成的数据作为目标,生成模型能在不需要显式标签的情况下被训练用于自动学习有用的隐含表征。</p> <h3 id="对比学习" class="relative group">对比学习 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%af%b9%e6%af%94%e5%ad%a6%e4%b9%a0" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>基于转化图像引起的变化不能改变图像语义的假设。针对相同图像不同的数据增强方法组成了所谓的正样本对,相对于该图像其他图片以及增强样本组成了负样本对。优化模型让正样本对在潜空间距离变小并与负样本距离变远。</p> <ul> <li>SimCLR</li> <li>MoCo</li> </ul> <h3 id="自预测" class="relative group">自预测 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e8%87%aa%e9%a2%84%e6%b5%8b" aria-label="Anchor">#</a></span></h3><p>自预测SSL是对部分输入进行掩码或增强,然后用没有变化的部分来重建原始输入。自预测SSL想法来源于自然语言处理领域掩码模型。</p> <h2 id="微调技术" class="relative group">微调技术 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%be%ae%e8%b0%83%e6%8a%80%e6%9c%af" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>主要有两种策略用于微调已被SSL预训练的模型。如果将任意的影像模型都看成编码器和分类器两部分。两种策略能被分为</p> <ul> <li>端到端的微调,所有权重都训练</li> <li>固定编码器提取特征,对分类器进行微调</li> </ul> <h2 id="自监督医学影像实施指南" class="relative group">自监督医学影像实施指南 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e8%87%aa%e7%9b%91%e7%9d%a3%e5%8c%bb%e5%ad%a6%e5%bd%b1%e5%83%8f%e5%ae%9e%e6%96%bd%e6%8c%87%e5%8d%97" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>需要多种<strong>自监督学习策略相互比较</strong>,现有研究很少进行比较而是有无自监督学习策略比较。</p> <p>在大型自然图像数据集中自监督预训练的模型也可以被利用到医学影像,但由于<strong>医学影像的独特性</strong>,究竟能迁移多少有待研究。</p> <ul> <li>由于医学图像采集的标准化协议和人体解剖学的同质性,医学图像具有很高的类间视觉相似性,即不同类也很相似;</li> <li>在医学成像领域,感兴趣的语义很少是诸如解剖器官之类的对象,而是该器官或组织内是否存在病理异常。许多异常的特征是非常微妙和局部的视觉线索,这些线索可能会由于增强变得模糊或被掩盖;</li> <li>自预测型自监督学习方法所使用的随机掩码(通过移除有疾病或者异常的图像)可能改变医学影像的语义。</li> </ul> <p>在<strong>对比学习形成正样本对</strong>时应该探索更多策略,而不是使用相同图片的不同增强版本,比如通过临床信息的相似性来定义正样本对。</p> <p>在<strong>自监督学习中引入多模态信息</strong>提高下游任务模型性能。</p> <p><a href="https://www.nature.com/articles/s41746-023-00811-0" target="_blank" rel="noreferrer">Self-supervised learning for medical image classification: a systematic review and implementation guidelines | npj Digital Medicine</a></p>

2023/5/20
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医学人工智能周刊 #2

<h2 id="大型语言模型在医学和医学研究中的伦理问题" class="relative group">大型语言模型在医学和医学研究中的伦理问题 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%a4%a7%e5%9e%8b%e8%af%ad%e8%a8%80%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e5%9c%a8%e5%8c%bb%e5%ad%a6%e5%92%8c%e5%8c%bb%e5%ad%a6%e7%a0%94%e7%a9%b6%e4%b8%ad%e7%9a%84%e4%bc%a6%e7%90%86%e9%97%ae%e9%a2%98" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>大型语言模型(LLM)是一种在大量文本数据中训练的深度学习模型,其目标是生成类似人类响应的新文本。2022年11月30日发布的基于大型语言模型的对话机器人ChatGPT(OpenAI, San Francisco, CA, USA),将大型语言模型推动到公众视野并且让数百万能够使用它进行试验。自从那时起,医学从业者和研究者就开始探索LLM的潜在应用,因为很多医学实践和研究都围绕着大量基于文本的任务,例如展示、发表、记录和报告。使用LLM来帮助和简化这些任务可以节约大量时间,让临床人员和研究者能进行其他工作。目前有许多在不同开发阶段的其他LLMs,包括BioGPT(MIT),LaMDA(Google),Sparrow(Deepmind AI),Pangu Alpha(Huawei),OPT-IML(Meta)以及Megataron Turing MLG(Nvidia)。一些新的变种,例如基于PubMed文献训练后专注于生物医学领域文本生产以及挖掘的BioGPT,可能对未来医学和医学研究有重大的影响。与任何新兴、颠覆式的技术一样,重要的是考虑使用中的伦理并优先考虑符合社会最佳利益的负责任和有益的应用。<strong>本文从偏见、信任、责任人、公平性以及隐私探讨了LLM在医学实践和研究中关键的伦理问题</strong>。</p> <p><a href="https://www.thelancet.com/journals/landig/article/PIIS2589-7500%2823%2900083-3/fulltext" target="_blank" rel="noreferrer">Ethics of large language models in medicine and medical research - The Lancet Digital Health</a></p> <h2 id="对可穿戴设备数据去隐私化是不是给我们一个虚假的安全感系统综述" class="relative group">对可穿戴设备数据去隐私化是不是给我们一个虚假的安全感?系统综述 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%af%b9%e5%8f%af%e7%a9%bf%e6%88%b4%e8%ae%be%e5%a4%87%e6%95%b0%e6%8d%ae%e5%8e%bb%e9%9a%90%e7%a7%81%e5%8c%96%e6%98%af%e4%b8%8d%e6%98%af%e7%bb%99%e6%88%91%e4%bb%ac%e4%b8%80%e4%b8%aa%e8%99%9a%e5%81%87%e7%9a%84%e5%ae%89%e5%85%a8%e6%84%9f%e7%b3%bb%e7%bb%9f%e7%bb%bc%e8%bf%b0" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>可穿戴设备让采集和分享个人数据变得更加容易,这篇系统综述调查来源于可穿戴设备的去隐私化数据是不是足以保护数据集中个体的隐私。通过文献综述,本文总结正确识别率约86%-100%,表明重新标识风险很高。(重新识别通常是将去标识化或者匿名的数据集与有标识化数据的数据集建立连接)而且,<strong>只需要1-300秒记录数据就可以从通常被认为不能产生标识化信息的传感器数据例如ECG进行重新标识化</strong>。该发现提醒重新思考数据分享的方法,在促进研究创新过程中,同时保护个人隐私。</p> <p><a href="https://www.thelancet.com/journals/landig/article/PIIS2589-7500%2822%2900234-5/fulltext?rss=yes" target="_blank" rel="noreferrer">Does deidentification of data from wearable devices give us a false sense of security? A systematic review - The Lancet Digital Health</a></p> <h2 id="特定时间和事件深度学习方法用于心肌灌注成像后个性化风险评估" class="relative group">特定时间和事件深度学习方法用于心肌灌注成像后个性化风险评估 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e7%89%b9%e5%ae%9a%e6%97%b6%e9%97%b4%e5%92%8c%e4%ba%8b%e4%bb%b6%e6%b7%b1%e5%ba%a6%e5%ad%a6%e4%b9%a0%e6%96%b9%e6%b3%95%e7%94%a8%e4%ba%8e%e5%bf%83%e8%82%8c%e7%81%8c%e6%b3%a8%e6%88%90%e5%83%8f%e5%90%8e%e4%b8%aa%e6%80%a7%e5%8c%96%e9%a3%8e%e9%99%a9%e8%af%84%e4%bc%b0" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>心肌灌注成像(MPI)的标准临床解释已被证实对主要不良心血管事件(MACE)有预后价值。然而,对特定事件类型和时间间隔进行个性化预测具有挑战性。本文建立一个可解释的深度学习模型,该模型能够直接从MPI和15中临床特征中分别预测全因死亡、急性冠状动脉综合症和血管重建的特定时间风险。这种方法能将<strong>个体事件概率表示为时间的函数并且关注特定患者和特定事件的风险解释</strong>,这可能有助于引起人们对可改变风险因素的关注。该模型使用了<code>DeepHit</code>中架构以及修改后的损失函数,输出是一个3*131的2维矩阵分别代表了从0到每30天直到最长随访时间各事件发生的概率。</p> <p><a href="https://www.nature.com/articles/s41746-023-00806-x" target="_blank" rel="noreferrer">Time and event-specific deep learning for personalized risk assessment after cardiac perfusion imaging | npj Digital Medicine</a></p> <h2 id="临床预测算法验证展望" class="relative group">临床预测算法验证展望 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e4%b8%b4%e5%ba%8a%e9%a2%84%e6%b5%8b%e7%ae%97%e6%b3%95%e9%aa%8c%e8%af%81%e5%b1%95%e6%9c%9b" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>临床预测算法的泛化性与临床实践应用十分相关。本文基于现有文献概述了三种类型的泛化性:时序,地理,和领域泛化,以及其目标、方法、利益相关方。</p> <p> <figure><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/jmwyf/pichosting@master/generalizability.png" alt="" class="mx-auto my-0 rounded-md" /> </figure> </p> <p><a href="https://www.nature.com/articles/s41746-023-00832-9" target="_blank" rel="noreferrer">Perspectives on validation of clinical predictive algorithms | npj Digital Medicine</a></p>

2023/5/8
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医学人工智能周刊 开刊

<h2 id="通用医学人工智能的基础模型" class="relative group">通用医学人工智能的基础模型 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e9%80%9a%e7%94%a8%e5%8c%bb%e5%ad%a6%e4%ba%ba%e5%b7%a5%e6%99%ba%e8%83%bd%e7%9a%84%e5%9f%ba%e7%a1%80%e6%a8%a1%e5%9e%8b" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>高灵活性、可复用人工智能模型的异常快速发展可能会在医疗领域迎来新的能力。我们提出一种医学人工智能新范式,称之为通用医学人工智能(GMAI)。<strong>GMAI有能力只用少量数据或者非特定任务标签数据来解决各种各样的任务</strong>。通过在大样本,多样性数据中进行自监督学习,GMAI能灵活地解释不同组合的医学模态,包括影像、电子病历、实验室检查结果、基因组学、图表或者是医学文本。模型会产生富有表现力的输出,包括能显示先进医学推理能力的自由文本解释,口头建议或者图像标注。在本文中我们给出了对于GMAI一系列潜在高影响力的应用,并列出了实现这些应用对应的技术和训练所必须的数据集。我们预计GMAI驱动的应用将挑战当前监管和验证医疗AI器械现有的策略,而且将会改变收集大型医学数据的做法。</p> <p><a href="https://www.nature.com/articles/s41586-023-05881-4" target="_blank" rel="noreferrer">Foundation models for generalist medical artificial intelligence | Nature</a></p> <h2 id="商业医学数据集对医学研究和医疗健康算法的影响" class="relative group">商业医学数据集对医学研究和医疗健康算法的影响 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e5%95%86%e4%b8%9a%e5%8c%bb%e5%ad%a6%e6%95%b0%e6%8d%ae%e9%9b%86%e5%af%b9%e5%8c%bb%e5%ad%a6%e7%a0%94%e7%a9%b6%e5%92%8c%e5%8c%bb%e7%96%97%e5%81%a5%e5%ba%b7%e7%ae%97%e6%b3%95%e7%9a%84%e5%bd%b1%e5%93%8d" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>随着医疗保健行业进入由云数据存储、分布式计算和机器学习驱动的数字健康新时代,医疗保健数据已成为对私人和公共实体具有价值的优质商品。目前无论是来自工业界、学术界还是政府机构的卫生数据收集和分发框架都并不完善,无法让研究人员充分利用下游分析的能力。在这篇医学政策论文中,我们回顾了现有商业医学数据供应商的现状,特别强调了他们数据的来源、数据可重复性、泛化性的挑战以及数据售卖伦理方面的考虑。我们<strong>主张使用可持续的方法来组织管理公开健康数据,从而让全球人口能够被纳入生物医学研究界</strong>。然而,为了全面实施这些方法,关键利益相关者应齐心协力来让医学数据集更容易获得、更全面和更具有代表性,同时平衡好被收集数据个人隐私以及权利。</p> <p><a href="https://www.thelancet.com/journals/landig/article/PIIS2589-7500%2823%2900025-0/fulltext" target="_blank" rel="noreferrer">The impact of commercial health datasets on medical research and health-care algorithms - The Lancet Digital Health</a></p> <h2 id="用于检测早产儿视网膜病变的定制工程和无代码深度学习模型的开发和国际验证回顾性研究" class="relative group">用于检测早产儿视网膜病变的定制工程和无代码深度学习模型的开发和国际验证:回顾性研究 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e7%94%a8%e4%ba%8e%e6%a3%80%e6%b5%8b%e6%97%a9%e4%ba%a7%e5%84%bf%e8%a7%86%e7%bd%91%e8%86%9c%e7%97%85%e5%8f%98%e7%9a%84%e5%ae%9a%e5%88%b6%e5%b7%a5%e7%a8%8b%e5%92%8c%e6%97%a0%e4%bb%a3%e7%a0%81%e6%b7%b1%e5%ba%a6%e5%ad%a6%e4%b9%a0%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e7%9a%84%e5%bc%80%e5%8f%91%e5%92%8c%e5%9b%bd%e9%99%85%e9%aa%8c%e8%af%81%e5%9b%9e%e9%a1%be%e6%80%a7%e7%a0%94%e7%a9%b6" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>早产儿视网膜病变(ROP)是儿童失明的主要原因,由儿科眼科医生通过间隔筛查进行诊断。然而,早产儿生存率的提高加上现有专家的稀缺,引起了人们对这种方法可持续性的担忧。我们的目标是在英国伦敦的种族多元化人群中开发定制、无代码的基于深度学习的分类器,用于附加病变检查(ROP 的标志),并在四个国家和三大洲的种族、地理和社会经济多样化人群中对其进行外部验证。<strong>无代码深度学习不依赖于受过专业培训的数据科学家,因此对资源匮乏的医疗保健环境具有特别的潜在好处</strong>。</p> <p><a href="https://www.thelancet.com/journals/landig/article/PIIS2589-7500%2823%2900050-X/fulltext" target="_blank" rel="noreferrer">Development and international validation of custom-engineered and code-free deep-learning models for detection of plus disease in retinopathy of prematurity: a retrospective study - The Lancet Digital Health</a></p> <h2 id="目前对基于人工智能的医疗设备临床研究是否足够全面以支持全面的健康技术评估系统综述" class="relative group">目前对基于人工智能的医疗设备临床研究是否足够全面,以支持全面的健康技术评估?系统综述 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e7%9b%ae%e5%89%8d%e5%af%b9%e5%9f%ba%e4%ba%8e%e4%ba%ba%e5%b7%a5%e6%99%ba%e8%83%bd%e7%9a%84%e5%8c%bb%e7%96%97%e8%ae%be%e5%a4%87%e4%b8%b4%e5%ba%8a%e7%a0%94%e7%a9%b6%e6%98%af%e5%90%a6%e8%b6%b3%e5%a4%9f%e5%85%a8%e9%9d%a2%e4%bb%a5%e6%94%af%e6%8c%81%e5%85%a8%e9%9d%a2%e7%9a%84%e5%81%a5%e5%ba%b7%e6%8a%80%e6%9c%af%e8%af%84%e4%bc%b0%e7%b3%bb%e7%bb%9f%e7%bb%bc%e8%bf%b0" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>基于人工智能的医疗设备(AI-based MDs)在医疗保健领域正在经历指数级增长。这项研究旨在调查目前评估人工智能的研究是否包含健康技术评价(HTA)机构进行HTA所需的信息。在讨论部分,从各个角色的角度分析,建议该从哪些方面进行改进AI-MD评价</p> <p><a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0933365723000611" target="_blank" rel="noreferrer">Are current clinical studies on artificial intelligence-based medical devices comprehensive enough to support a full health technology assessment? A systematic review - ScienceDirect</a></p> <p>#medical-data</p>

2023/5/1
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生存分析(一)

<script> document.addEventListener("DOMContentLoaded", function() { renderMathInElement(document.body, { delimiters: [ {left: '$$', right: '$$', display: true}, {left: '$', right: '$', display: false}, {left: '\\(', right: '\\)', display: false}, {left: '\\[', right: '\\]', display: true} ], throwOnError : false }); }); </script> <h2 id="简介" class="relative group">简介 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e7%ae%80%e4%bb%8b" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>生存分析是将<strong>观察的结局</strong>和<strong>出现结局所经历的时间</strong>结合起来进行分析的一系列统计方法,常用于研究<strong>影响因素</strong>与生存时间和结局的关系,预测不同因素水平<strong>个体生存预测</strong>。</p> <p>因为跟时间相关,所以要定义要<strong>事件起点</strong>,以及<strong>事件终点</strong>。<strong>生存时间</strong>T也可以根据事件起终点计算出来。</p> <p>由于有些事件无法被观测或者没有观察到,导致生存时间无法被记录的情况称为<strong>删失</strong>。其中最为常见的情形称为右删失(right censoring,下图)</p> <ul> <li>右删失:对这样的病人我们只知道其生存时间要大于从试验开始到删失发生的时间。有多种原因可以导致右删失情况的出现,其中包括:(1)病人在某时间点上退出试验或失去随访信息;(2)病人在整个试验结束时事件还未发生;(3)病人由于毒性等原因停用被分派的药物或换用其它药物;(4)竞争风险事件的发生<sup id="fnref:1"><a href="#fn:1" class="footnote-ref" role="doc-noteref">1</a></sup>。 <figure><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/jmwyf/pichosting@master/Rcensor.jpg" alt="" class="mx-auto my-0 rounded-md" /> </figure> </li> <li>左删失<sup id="fnref:2"><a href="#fn:2" class="footnote-ref" role="doc-noteref">2</a></sup>:事件发生了,且发生时间在(0,t) ,但确切时间并不清楚。</li> <li>区间删失: 事件发生在一个已知的具体时间段内,但是并不知道具体时间。</li> </ul> <h2 id="生存函数" class="relative group">生存函数 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e7%94%9f%e5%ad%98%e5%87%bd%e6%95%b0" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>生存函数$$S(t) = P(T&gt;t)$$描述的是<strong>事件发生时间大于时间点t的概率</strong>,理论上T是连续变量,那么生存函数是一个连续的递减函数,然而实际实验中T都是有限时间点的,所以连续曲线变成离散的。“若想用光滑曲线来连接就需要对随机变量T的分布做出假设的参数拟合法,而曲线一般不宜正好经过所有的红点 (那样会导致过度拟合而使得统计模型没有多大效用) ;若用非参数的阶梯函数来连接,那么曲线简单而唯一确定!”这也是为什么k-m曲线这么重要的原因。 <figure><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/jmwyf/pichosting@master/surivial.jpg" alt="" class="mx-auto my-0 rounded-md" /> </figure> </p> <h2 id="风险函数" class="relative group">风险函数 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#%e9%a3%8e%e9%99%a9%e5%87%bd%e6%95%b0" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>风险函数的定义即在<strong>t时刻发生事件的概率</strong>。$$h(t)=P(T=t|T\ge t)$$生存函数是可以看到是从1到0递减的,而风险函数没有固定的单调性,可以是常数风险、可以随时间变化,比如上升、下降、先下降后上升。</p> <p>假设生存时间T这个变量概率分布满足$f(t)$,累积分布$F(t)=P(T\le t)= \int_0^t f(t)dt$,可以看到生存函数$S(t)=1-F(t)$,两边求导数可得$$f(t)=-S&rsquo;(t)$$ 那么在t时刻发生事件的风险用极限的观点来看即在$t -&gt; t+\Delta t$ 这个区间内发生事件的数量除以在t时刻剩下的总人数$$h(t)=\lim_{\Delta t \to 0}\frac{F(t+\Delta t)-F(t)}{\Delta t*S(t)}=\frac{f(t)}{S(t)}=\frac{-S&rsquo;(t)}{S(t)}$$ $$h(t)=\frac{-S&rsquo;(t)}{S(t)}=-\frac{\partial}{\partial y}log[S(t)]\tag1$$</p> <p>$$S(t)=exp[-\int_0^th(t)dt]\tag2$$ 式1后面一个等式右边求偏微分等于等式左边,两边积分即式2。以上为风险函数与生存函数之间的关系<sup id="fnref:3"><a href="#fn:3" class="footnote-ref" role="doc-noteref">3</a></sup></p> <h2 id="kaplan-meier生存曲线" class="relative group">Kaplan-Meier生存曲线 <span class="absolute top-0 w-6 transition-opacity opacity-0 -start-6 not-prose group-hover:opacity-100"><a class="group-hover:text-primary-300 dark:group-hover:text-neutral-700" style="text-decoration-line: none !important;" href="#kaplan-meier%e7%94%9f%e5%ad%98%e6%9b%b2%e7%ba%bf" aria-label="Anchor">#</a></span></h2><p>K-M曲线是非参数估计生存函数的一种方法。</p> <p>如何绘制K-M生存曲线? <strong>临床原始资料</strong>一般如下:</p> <table> <thead> <tr> <th>患者</th> <th>生存时间</th> <th>发生事件与否</th> <th>删失与否</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>a</td> <td>10</td> <td>0</td> <td>r</td> </tr> <tr> <td>b</td> <td>28</td> <td>1</td> <td></td> </tr> <tr> <td>c</td> <td>30</td> <td>1</td> <td></td> </tr> <tr> <td>d</td> <td>2</td> <td>1</td> <td></td> </tr> <tr> <td>e</td> <td>7</td> <td>0</td> <td>r</td> </tr> <tr> <td>假设是来分析患者生存分析,定义结局是死亡,最长实验观察时间是90天,</td> <td></td> <td></td> <td></td> </tr> </tbody> </table> <p>首先是判断删失数据,假设a和e患者分别出院,观察不到死亡结局,那么以上两个患者是删失数据。</p> <p>将资料整理成<strong>生存概率随时间变化表格</strong></p> <table> <thead> <tr> <th>患者</th> <th>生存时间</th> <th>存活患者数n</th> <th>死亡人数d</th> <th>当前存活概率(n-d)/n</th> <th>生存概率</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>0</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>d</td> <td>2</td> <td>5</td> <td>1</td> <td>4/5</td> <td>4/5</td> </tr> <tr> <td>e</td> <td>7+</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>a</td> <td>10+</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>b</td> <td>28</td> <td>2</td> <td>1</td> <td>1/2</td> <td>${4/5}*{1/2}=2/5$</td> </tr> <tr> <td>c</td> <td>30</td> <td>1</td> <td>1</td> <td>0</td> <td>0</td> </tr> </tbody> </table> <p>将上表生存时间以及生存概率可视化即可得到k-m曲线。</p> <p>以上介绍了生存分析的基本原理以及非参数生存分析K-M曲线是如何来的,有空介绍半参以及参数化的生存分析方法。</p> <div class="footnotes" role="doc-endnotes"> <hr> <ol> <li id="fn:1"> <p><a href="https://m.thepaper.cn/baijiahao_19523218" target="_blank" rel="noreferrer">揭秘生存曲线背后的生物统计学</a>&#160;<a href="#fnref:1" class="footnote-backref" role="doc-backlink">&#x21a9;&#xfe0e;</a></p> </li> <li id="fn:2"> <p>怎么理解生存分析的风险函数? - 数据的小米虫的回答 - 知乎 <a href="https://www.zhihu.com/question/343779367/answer/2439383246" target="_blank" rel="noreferrer">https://www.zhihu.com/question/343779367/answer/2439383246</a>&#160;<a href="#fnref:2" class="footnote-backref" role="doc-backlink">&#x21a9;&#xfe0e;</a></p> </li> <li id="fn:3"> <p>怎么理解生存分析的风险函数? - 郭老师医学统计的回答 - 知乎 <a href="https://www.zhihu.com/question/343779367/answer/1493205766" target="_blank" rel="noreferrer">https://www.zhihu.com/question/343779367/answer/1493205766</a>&#160;<a href="#fnref:3" class="footnote-backref" role="doc-backlink">&#x21a9;&#xfe0e;</a></p> </li> </ol> </div>

2023/3/30
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