Many current neural networks for medical imaging generalise poorly to data unseen during training. Such behaviour can be caused by networks overfitting easy-to-learn, or statistically dominant, features while disregarding other potentially informative features. For example, indistinguishable differences in the sharpness of the images from two different scanners can degrade the performance of the network significantly. All neural networks intended for clinical practice need to be robust to variation in data caused by differences in imaging equipment, sample preparation and patient populations. To address these challenges, we evaluate the utility of spectral decoupling as an implicit bias mitigation method. Spectral decoupling encourages the neural network to learn more features by simply regularising the networks' unnormalised prediction scores with an L2 penalty, thus having no added computational costs. We show that spectral decoupling allows training neural networks on datasets with strong spurious correlations and increases networks' robustness for data distribution shifts. To validate our findings, we train networks with and without spectral decoupling to detect prostate cancer tissue slides and COVID-19 in chest radiographs. Networks trained with spectral decoupling achieve up to 9.5 percent point higher performance on external datasets. Our results show that spectral decoupling helps with generalisation issues associated with neural networks, and can be used to complement or replace computationally expensive explicit bias mitigation methods, such as stain normalization in histological images. We recommend using spectral decoupling as an implicit bias mitigation method in any neural network intended for clinical use.


翻译:医学成像的许多当前神经网络在医学成像学上一般化不如培训期间所见的数据。 这种行为可能由网络过度适应容易阅读或统计上占主导地位的特征造成,而忽视其他潜在的信息特征。 例如, 两个不同扫描仪的图像的清晰度差异无法区分,可以显著地降低网络的性能。 所有用于临床实践的神经网络都必须强大,以便因成像设备、样本准备和病人群体的差异而导致的数据差异而发生差异。 为了应对这些挑战,我们评估光谱脱色作为隐含偏差缓减方法的效用。 光谱脱色鼓励神经网络学习更多的特征,简单将网络的未经调整的预测分数与L2罚款相协调,因此没有增加计算成本。 我们显示,光谱脱色脱色可以将神经网络培训在数据基上,并且提高网络对数据分布变化的稳定性。 为了验证我们的发现,我们用光谱脱色图像来和COVI-19在胸部的降色网络中建议使用直径直径直径直的缩缩缩的网络。 网络通过对等测量结果进行测试,从而显示。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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