Dice 相似系数中固有的性别偏差：面向多种解剖结构的模型无关分析
计算机视觉与模式识别
2025-09-25 v1
摘要
基于重叠的指标如 Dice 相似系数 (DSC) 对较小结构中的分割误差施加更重的惩罚。由于器官大小因性别而异，这意味着同等幅度的分割误差可能因女性平均器官体积较小而导致更低的 DSC。虽然已有工作研究了模型或数据集中的性别差异，但尚无研究考察 DSC 本身可能引入的偏差。本研究在独立于特定模型的理想化设定下量化了 DSC 和归一化 DSC 的性别差异。我们对来自 50 名参与者的手动 MRI 标注施加等大的合成误差以确保性别可比性。即使是极小误差（如 1 mm 边界偏移）也会在性别间产生系统性的 DSC 差异。对于小结构，平均 DSC 差异约为 0.03；对于中等大小结构约为 0.01。只有大结构（即肺和肝）基本不受影响，性别间 DSC 差异接近零。这些发现表明，使用 DSC 作为评估指标的公平性研究不应期望男性和女性获得相同分数，因为该指标本身引入了偏差。分割模型在误差幅度上可能在各性别间表现 equally well，即使观察到的 DSC 值暗示并非如此。重要的是，本研究揭示了一个此前未被充分探索的分割性能性别差异来源——该来源并非来自模型行为，而是来自指标本身。认识到这一因素对于医学图像分析中更准确、更公平的评估至关重要。
引用
@article{arxiv.2509.19778,
title = {Sex-based Bias Inherent in the Dice Similarity Coefficient: A Model Independent Analysis for Multiple Anatomical Structures},
author = {Hartmut Häntze and Myrthe Buser and Alessa Hering and Lisa C. Adams and Keno K. Bressem},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.19778},
year = {2025}
}