Published August 17, 2022 | Version v1
Publication Open

DRNET: Improved Deep Learning Solution to detect Diabetic Retinopathy by incorporating Explainability, Uncertainty and Generalisation

  • 1. New York University
  • 2. University of Delhi

Description

Abstract Diabetic Retinopathy (DR) is the leading cause of blindness among adults and has no visible symptoms. Early detection is the key to prevent vision loss. Computer-Aided Diagnosis using Convolutional Neural Networks have recently gained momentum for DR detection as the cost can be significantly reduced while making the diagnosis more accessible. Even though these models give high accuracy, confidence in the diagnosis remains a mythical goal. In our opinion, the way to make the model's diagnosis reliable is to enhance the trust in its predictions. In this work, we present a methodology to strengthen confidence in DR diagnosis using state of the art deep learning techniques by extending the pipeline with model uncertainty and explainability. Towards this goal, along with the model's prediction we produce uncertainty scores and explainability maps to improve the users' confidence in the diagnosis. Further, we attempt to generalise CNN models by exploring ensembling techniques such as bagging to improve performance of stand-alone models on external datasets i.e.-datasets other than the one that was used for training the model.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

اعتلال الشبكية السكري التجريدي هو السبب الرئيسي للعمى بين البالغين وليس له أعراض مرئية. الاكتشاف المبكر هو المفتاح لمنع فقدان البصر. اكتسب التشخيص بمساعدة الكمبيوتر باستخدام الشبكات العصبية الالتفافية مؤخرًا زخمًا للكشف عن مخاطر الكوارث حيث يمكن تقليل التكلفة بشكل كبير مع جعل التشخيص أكثر سهولة. على الرغم من أن هذه النماذج تعطي دقة عالية، إلا أن الثقة في التشخيص تظل هدفًا أسطوريًا. في رأينا، فإن طريقة جعل تشخيص النموذج موثوقًا به هي تعزيز الثقة في تنبؤاته. في هذا العمل، نقدم منهجية لتعزيز الثقة في تشخيص مخاطر الكوارث باستخدام أحدث تقنيات التعلم العميق من خلال توسيع خط الأنابيب مع عدم اليقين النموذجي وقابلية التفسير. ولتحقيق هذا الهدف، إلى جانب التنبؤ بالنموذج، ننتج درجات عدم اليقين وخرائط قابلية التفسير لتحسين ثقة المستخدمين في التشخيص. علاوة على ذلك، نحاول تعميم نماذج سي إن إن من خلال استكشاف تقنيات التجميع مثل التعبئة لتحسين أداء النماذج المستقلة على مجموعات البيانات الخارجية، أي مجموعات البيانات بخلاف تلك التي تم استخدامها لتدريب النموذج.

Translated Description (French)

Résumé La rétinopathie diabétique (RD) est la principale cause de cécité chez les adultes et ne présente aucun symptôme visible. La détection précoce est la clé pour prévenir la perte de vision. Le diagnostic assisté par ordinateur à l'aide de réseaux neuronaux convolutifs a récemment pris de l'ampleur pour la détection de la DR, car le coût peut être considérablement réduit tout en rendant le diagnostic plus accessible. Même si ces modèles donnent une grande précision, la confiance dans le diagnostic reste un objectif mythique. À notre avis, le moyen de rendre le diagnostic du modèle fiable est de renforcer la confiance dans ses prédictions. Dans ce travail, nous présentons une méthodologie pour renforcer la confiance dans le diagnostic de la RD en utilisant des techniques d'apprentissage en profondeur de pointe en étendant le pipeline avec l'incertitude et l'explicabilité du modèle. Pour atteindre cet objectif, avec la prédiction du modèle, nous produisons des scores d'incertitude et des cartes d'explicabilité pour améliorer la confiance des utilisateurs dans le diagnostic. En outre, nous tentons de généraliser les modèles CNN en explorant des techniques d'assemblage telles que l'ensachage pour améliorer les performances des modèles autonomes sur des ensembles de données externes, c'est-à-dire des ensembles de données autres que celui qui a été utilisé pour la formation du modèle.

Translated Description (Spanish)

Resumen La retinopatía diabética (RD) es la principal causa de ceguera entre los adultos y no tiene síntomas visibles. La detección temprana es la clave para prevenir la pérdida de visión. El diagnóstico asistido por ordenador utilizando redes neuronales convolucionales ha cobrado impulso recientemente para la detección de DR, ya que el coste puede reducirse significativamente al tiempo que hace que el diagnóstico sea más accesible. A pesar de que estos modelos dan una alta precisión, la confianza en el diagnóstico sigue siendo un objetivo mítico. En nuestra opinión, la forma de hacer fiable el diagnóstico del modelo es potenciar la confianza en sus predicciones. En este trabajo, presentamos una metodología para fortalecer la confianza en el diagnóstico de RD utilizando técnicas de aprendizaje profundo de última generación mediante la ampliación del pipeline con incertidumbre y explicabilidad del modelo. Con este objetivo, junto con la predicción del modelo, producimos puntuaciones de incertidumbre y mapas de explicabilidad para mejorar la confianza de los usuarios en el diagnóstico. Además, intentamos generalizar los modelos de CNN explorando técnicas de ensamblaje como el ensacado para mejorar el rendimiento de los modelos independientes en conjuntos de datos externos, es decir, conjuntos de datos distintos al que se utilizó para entrenar el modelo.

Files

latest.pdf.pdf

Files (602.7 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:79dfeb80f77872e0d783c4bf4eb358d3
602.7 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
DRNET: تحسين حل التعلم العميق للكشف عن اعتلال الشبكية السكري من خلال دمج قابلية التفسير وعدم اليقين والتعميم
Translated title (French)
DRNET : Solution d'apprentissage profond améliorée pour détecter la rétinopathie diabétique en intégrant l'explicabilité, l'incertitude et la généralisation
Translated title (Spanish)
DRNET: Solución de aprendizaje profundo mejorada para detectar la retinopatía diabética mediante la incorporación de explicabilidad, incertidumbre y generalización

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4292103810
DOI
10.21203/rs.3.rs-1954769/v1

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1578204371
  • https://openalex.org/W1989786678
  • https://openalex.org/W2062393305
  • https://openalex.org/W2097117768
  • https://openalex.org/W2149430368
  • https://openalex.org/W2194775991
  • https://openalex.org/W2465883346
  • https://openalex.org/W2502390809
  • https://openalex.org/W2894558420
  • https://openalex.org/W2951965145
  • https://openalex.org/W2962858109
  • https://openalex.org/W2986571423
  • https://openalex.org/W3098900881
  • https://openalex.org/W4226244379
  • https://openalex.org/W4226496773
  • https://openalex.org/W4283215312