Explainable artificial intelligence in skin cancer recognition: A systematic review

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftÜbersichtsartikel (Review)BeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Katja Hauser - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Alexander Kurz - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Sarah Haggenmüller - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Roman C. Maron - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Christof von Kalle - , Berliner Institut für Gesundheitsforschung in der Charité (Autor:in)
  • Jochen S. Utikal - , Universität Heidelberg, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Friedegund Meier - , Klinik und Poliklinik für Dermatologie, Hauttumorzentrum, Nationales Centrum für Tumorerkrankungen (Partner: UKD, MFD, HZDR, DKFZ), Universitäts KrebsCentrum Dresden (Autor:in)
  • Sarah Hobelsberger - , Klinik und Poliklinik für Dermatologie, Hauttumorzentrum, Nationales Centrum für Tumorerkrankungen (Partner: UKD, MFD, HZDR, DKFZ), Universitäts KrebsCentrum Dresden (Autor:in)
  • Frank F. Gellrich - , Klinik und Poliklinik für Dermatologie, Hauttumorzentrum, Nationales Centrum für Tumorerkrankungen (Partner: UKD, MFD, HZDR, DKFZ), Universitäts KrebsCentrum Dresden (Autor:in)
  • Mildred Sergon - , Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Axel Hauschild - , Universitätsklinikum Schleswig-Holstein Campus Kiel (Autor:in)
  • Lars E. French - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), University of Miami Miller School of Medicine (Autor:in)
  • Lucie Heinzerling - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Justin G. Schlager - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Kamran Ghoreschi - , Charité – Universitätsmedizin Berlin (Autor:in)
  • Max Schlaak - , Charité – Universitätsmedizin Berlin (Autor:in)
  • Franz J. Hilke - , Charité – Universitätsmedizin Berlin (Autor:in)
  • Gabriela Poch - , Charité – Universitätsmedizin Berlin (Autor:in)
  • Heinz Kutzner - , Medizinisches Versorgungszentrum (MVZ) Dermapathologie Friedrichshafen/Bodensee PartG (Autor:in)
  • Carola Berking - , Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Autor:in)
  • Markus V. Heppt - , Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Autor:in)
  • Michael Erdmann - , Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Autor:in)
  • Sebastian Haferkamp - , Universität Regensburg (Autor:in)
  • Dirk Schadendorf - , Universität Duisburg-Essen (Autor:in)
  • Wiebke Sondermann - , Universität Duisburg-Essen (Autor:in)
  • Matthias Goebeler - , Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Autor:in)
  • Bastian Schilling - , Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Autor:in)
  • Jakob N. Kather - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Stefan Fröhling - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Daniel B. Lipka - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Achim Hekler - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Eva Krieghoff-Henning - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Titus J. Brinker - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)

Abstract

Background: Due to their ability to solve complex problems, deep neural networks (DNNs) are becoming increasingly popular in medical applications. However, decision-making by such algorithms is essentially a black-box process that renders it difficult for physicians to judge whether the decisions are reliable. The use of explainable artificial intelligence (XAI) is often suggested as a solution to this problem. We investigate how XAI is used for skin cancer detection: how is it used during the development of new DNNs? What kinds of visualisations are commonly used? Are there systematic evaluations of XAI with dermatologists or dermatopathologists? Methods: Google Scholar, PubMed, IEEE Explore, Science Direct and Scopus were searched for peer-reviewed studies published between January 2017 and October 2021 applying XAI to dermatological images: the search terms histopathological image, whole-slide image, clinical image, dermoscopic image, skin, dermatology, explainable, interpretable and XAI were used in various combinations. Only studies concerned with skin cancer were included. Results: 37 publications fulfilled our inclusion criteria. Most studies (19/37) simply applied existing XAI methods to their classifier to interpret its decision-making. Some studies (4/37) proposed new XAI methods or improved upon existing techniques. 14/37 studies addressed specific questions such as bias detection and impact of XAI on man-machine-interactions. However, only three of them evaluated the performance and confidence of humans using CAD systems with XAI. Conclusion: XAI is commonly applied during the development of DNNs for skin cancer detection. However, a systematic and rigorous evaluation of its usefulness in this scenario is lacking.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)54-69
Seitenumfang16
FachzeitschriftEuropean journal of cancer
Jahrgang167
PublikationsstatusVeröffentlicht - Mai 2022
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

ORCID /0000-0003-4340-9706/work/143497455
ORCID /0000-0002-2164-4644/work/148607191
Scopus 85127607993
PubMed 35390650

Schlagworte

Ziele für nachhaltige Entwicklung

Schlagwörter

  • Artificial intelligence, Dermatology, Man-machine systems, Skin neoplasms, Systematic review