Medical imaging models have been shown to encode information about patient demographics (age, race, sex) in their latent representation, raising concerns about their potential for discrimination. Here, we ask whether it is feasible and desirable to train models that do not encode demographic attributes. We consider different types of invariance with respect to demographic attributes - marginal, class-conditional, and counterfactual model invariance - and lay out their equivalence to standard notions of algorithmic fairness. Drawing on existing theory, we find that marginal and class-conditional invariance can be considered overly restrictive approaches for achieving certain fairness notions, resulting in significant predictive performance losses. Concerning counterfactual model invariance, we note that defining medical image counterfactuals with respect to demographic attributes is fraught with complexities. Finally, we posit that demographic encoding may even be considered advantageous if it enables learning a task-specific encoding of demographic features that does not rely on human-constructed categories such as 'race' and 'gender'. We conclude that medical imaging models may need to encode demographic attributes, lending further urgency to calls for comprehensive model fairness assessments in terms of predictive performance.


翻译:医学影像模型已被证明会在其潜在表示中编码病人人口统计学信息(年龄、种族、性别等),这引发了关心其潜在歧视的问题。在这里,我们问是否可行和值得训练不编码人口统计属性的模型。我们考虑对人口统计属性的不同类型的不变性——边际、类条件和反事实模型不变性,并阐述了它们与标准算法公平性概念的等价性。根据现有理论,我们发现边际和类条件的不变性可以被认为是实现某些公平性概念过于严格的方法,从而导致显著的预测性能损失。关于反事实模型的不变性,我们注意到使用人口统计属性定义医学影像反事实是充满了复杂性。最后,我们认为人口编码甚至可能会被认为是有利的,如果它使学习任务特定的关于人口的编码,而不依赖于人类构建的“种族”和“性别”等类别。我们得出结论,在预测性能方面,医学影像模型可能需要编码人口统计属性,从而加强了呼吁进行全面的模型公平性评估。

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