Counterfactual Causal-Effect Intervention for Interpretable Medical Visual Question Answering

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作者
Linqin Cai,Haodu Fang,Nuoying Xu,Bo Ren
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:43 (12): 4430-4441 被引量:39
标识
DOI:10.1109/tmi.2024.3425533
摘要

Medical Visual Question Answering (VQA-Med) is a challenging task that involves answering clinical questions related to medical images. However, most current VQA-Med methods ignore the causal correlation between specific lesion or abnormality features and answers, while also failing to provide accurate explanations for their decisions. To explore the interpretability of VQA-Med, this paper proposes a novel CCIS-MVQA model for VQA-Med based on a counterfactual causal-effect intervention strategy. This model consists of the modified ResNet for image feature extraction, a GloVe decoder for question feature extraction, a bilinear attention network for vision and language feature fusion, and an interpretability generator for producing the interpretability and prediction results. The proposed CCIS-MVQA introduces a layer-wise relevance propagation method to automatically generate counterfactual samples. Additionally, CCIS-MVQA applies counterfactual causal reasoning throughout the training phase to enhance interpretability and generalization. Extensive experiments on three benchmark datasets show that the proposed CCIS-MVQA model outperforms the state-of-the-art methods. Enough visualization results are produced to analyze the interpretability and performance of CCIS-MVQA.
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