The increasing demand for transparent and reliable models, particularly in high-stakes decision-making areas such as medical image analysis, has led to the emergence of eXplainable Artificial Intelligence (XAI). Post-hoc XAI techniques, which aim to explain black-box models after training, have been controversial in recent works concerning their fidelity to the models' predictions. In contrast, Self-eXplainable AI (S-XAI) offers a compelling alternative by incorporating explainability directly into the training process of deep learning models. This approach allows models to generate inherent explanations that are closely aligned with their internal decision-making processes. Such enhanced transparency significantly supports the trustworthiness, robustness, and accountability of AI systems in real-world medical applications. To facilitate the development of S-XAI methods for medical image analysis, this survey presents an comprehensive review across various image modalities and clinical applications. It covers more than 200 papers from three key perspectives: 1) input explainability through the integration of explainable feature engineering and knowledge graph, 2) model explainability via attention-based learning, concept-based learning, and prototype-based learning, and 3) output explainability by providing counterfactual explanation and textual explanation. Additionally, this paper outlines the desired characteristics of explainability and existing evaluation methods for assessing explanation quality. Finally, it discusses the major challenges and future research directions in developing S-XAI for medical image analysis.


翻译:对透明可靠模型日益增长的需求,特别是在医学图像分析等高风险决策领域,推动了可解释人工智能(XAI)的出现。旨在训练后解释黑盒模型的事后XAI技术,在近期研究中因其对模型预测的忠实度而引发争议。相比之下,自解释人工智能(S-XAI)提供了一种引人注目的替代方案,它将可解释性直接融入深度学习模型的训练过程。这种方法使模型能够生成与其内部决策过程紧密一致的固有解释。这种增强的透明度极大地支持了AI系统在现实世界医疗应用中的可信度、鲁棒性和可问责性。为促进医学图像分析中S-XAI方法的发展,本综述对不同图像模态和临床应用进行了全面回顾。它从三个关键视角涵盖了200多篇论文:1)通过集成可解释特征工程和知识图谱实现输入可解释性,2)通过基于注意力的学习、基于概念的学习和基于原型的学习实现模型可解释性,以及3)通过提供反事实解释和文本解释实现输出可解释性。此外,本文概述了可解释性的理想特性以及评估解释质量的现有方法。最后,讨论了开发用于医学图像分析的S-XAI所面临的主要挑战和未来研究方向。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
7+阅读 · 4月25日
多智能体协作机制
专知会员服务
7+阅读 · 4月25日
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
9+阅读 · 4月25日
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
8+阅读 · 4月25日
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
12+阅读 · 4月25日
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
16+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
12+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
6+阅读 · 4月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员