Human–machine cooperation meta-model for clinical diagnosis by adaptation to human expert’s diagnostic characteristics
Scientific Reports 13(1)Corresponding author
Abstract
Artificial intelligence (AI) using deep learning approaches the capabilities of human experts in medical image diagnosis. However, due to liability issues in medical decisions, AI is often relegated to an assistant role. Based on this responsibility constraint, the effective use of AI to assist human intelligence in real-world clinics remains a challenge. Given the significant inter-individual variations in clinical decisions among physicians based on their expertise, AI needs to adapt to individual experts, complementing weaknesses and enhancing strengths. For this adaptation, AI should not only acquire domain knowledge but also understand the specific human experts it assists. This study introduces a meta-model for human-machine cooperation that first evaluates each expert's class-specific diagnostic tendencies using conditional probability, based on which the meta-model adjusts the AI's predictions. This meta-model was applied to ear disease diagnosis using otoendoscopy, highlighting improved performance when incorporating individual diagnostic characteristics, even with limited evaluation data. The highest accuracy was achieved by combining each expert's conditional probabilities with machine classification probability, using optimal weights specific to each individual's overall classification accuracy. This tailored model aims to mitigate potential misjudgments due to psychological effects caused by machine suggestions and to capitalize on the unique expertise of individual clinicians.
Korean summary
의료영상 진단에서 인공지능이 각 의사의 진단 성향에 맞춰 자신의 예측을 조정하는 인간-기계 협력 메타모델을 제안한 연구입니다. 의료 판단의 법적 책임 때문에 AI는 보조 역할에 머무르는 경우가 많은데, 의사마다 진단 경향이 크게 다르므로 AI가 개별 전문가의 약점을 보완하고 강점을 살리려면 도메인 지식뿐 아니라 자신이 돕는 사람을 이해해야 한다는 문제의식에서 출발했습니다. 메타모델은 조건부 확률로 각 전문가의 질환 종류별 진단 성향을 먼저 평가한 뒤 이를 바탕으로 AI의 예측을 조정하며, 귀내시경 영상을 이용한 귀 질환 진단에 적용했을 때 적은 평가 자료만으로도 개인별 특성을 반영하면 성능이 향상되었습니다. 전문가의 조건부 확률과 기계의 분류 확률을 개인의 전반적 정확도에 따른 최적 가중치로 결합했을 때 가장 높은 정확도를 얻었습니다. 기계 제안에 따른 심리적 편향으로 인한 오판을 줄이고 임상의 고유의 전문성을 살리는 실용적 협력 방식을 제시한 연구입니다.