آلة هجينة قوية ونموذج قائم على التعلم العميق للتصنيف والتعرف في صور الأشعة السينية للصدر

المؤلفون

  • Abeer M. Shanshool مختبر نظم المعلومات المتعددة الوسائط والحوسبة المتقدمة (MIRACL)، جامعة صفاقس، صفاقس، تونس.
  • Mariam Bouchakwa مختبر نظم المعلومات المتعددة الوسائط والحوسبة المتقدمة (MIRACL)، جامعة صفاقس، صفاقس، تونس. &المعهد العالي للعلوم التطبيقية والتكنولوجيا بسوسة، سوسة ،تونس.
  • Ikram Amous مختبر نظم المعلومات المتعددة الوسائط والحوسبة المتقدمة (MIRACL)، جامعة صفاقس، صفاقس، تونس. & المدرسة الوطنية للإلكترونيك والاتصالات بصفاقس ENET'COM ، جامعة صفاقس، صفاقس، تونس

DOI:

https://doi.org/10.21123/bsj.2024.10494

الكلمات المفتاحية:

الأشعة السينية للصدر، التعلم العميق، التعلم الآلي، Densenet201، خوارزمية الإدراك الحسي متعدد الطبقات

الملخص

 

لقد كانت هناك جائحة كوفيد-19 منذ ديسمبر 2019، ويتطلب العلاج الطبي الناجح لمرضى كوفيد-19 تشخيصًا سريعًا ودقيقًا. تتطلب مكافحة جائحة كوفيد-19 نظامًا آليًا يستخدم التعلم بالانتقال العميق لتشخيص الفيروس باستخدام الأشعة السينية على الصدر (CXR).  يتم استخدام CXR بشكل متكرر في الرعاية الصحية لأنها توفر إمكانية التشخيص السريع والدقيق للأمراض.  تتضمن أنظمة التشخيص الآلي بمساعدة الكمبيوتر (CAD) التعلم الآلي أو التعلم العميق لتعزيز الكفاءة والدقة، وبالتالي تقليل المشكلات المستقبلية. يمكن استخدام العديد من أنظمة الذكاء الاصطناعي القائمة على التعلم العميق للتشخيص؛ ومن بين أكثر هذه الشبكات استخدامًا شبكة CNN، التي تم تطويرها لأول مرة وأظهرت دقة مشجعة في تحديد المرضى المؤكد إصابتهم بفيروس كوفيد-19 باستخدام صور CXR. ومن خلال استخدام صور الأشعة السينية، سيعمل هذا العمل على تصميم التعلم الآلي والتعلم العميق لتوفير تشخيص أسرع لعدوى كوفيد-19. ونتيجة لذلك، تستخدم تقنية التعلم بالنقل العميق نموذجًا موجودًا أولاً، ثم تطبق البيانات المطلوبة عليه مرة أخرى. حيث تم استخدام نموذج التعلم Densenet201transfer، وهو أحد تقنيات التعلم عن بعد، كاستخراج الميزة ودمجها مع خوارزمية الإدراك الحسي متعدد الطبقات؛ تم تطبيق هذه التقنية على مجموعة بيانات تابعة للمعهد الوطني للصحة (NIH)، حيث تم استخدام العديد من مقاييس الأداء مثل الدقة والدقة والنوعية والحساسية، حيث أثبتت التجربة كفاءة الخوارزمية المستخدمة من حيث الدقة بنسبة 98.82 %. تعتبر هذه النتائج مشجعة عند مقارنتها بنماذج التعلم عن بعد الأخرى التي تم تدريبها على مجموعة البيانات المماثلة

المراجع

Jasim RZ. Biochemical Action of Vaccines in Iraqi Patients with COVID-19 Infection. Baghdad Sci J. 2023 Aug 30; 20(4 (SI)):1469-79. https://doi.org/10.21123/bsj.2023.8750 .

Alnedawe SM, Aljobouri HK. A New Model Design for Combating COVID-19 Pandemic Based on SVM and CNN Approaches. Baghdad Sci J. 2023 Aug 1; 20(4):1402-1413. https://doi.org/10.21123/bsj.2023.7403 .

Shanshool, Abeer M., Mariam Bouchakwa, and Ikram Amous-Ben Amor. Employing data mining techniques to classify Covid-19 pandemic. In AIP Conference Proceedings. 2024 3036(1). https://doi.org/10.1063/5.0196328.

Qin C, Yao D, Shi Y, Song Z. Computer-aided detection in chest radiography based on artificial intelligence: a survey. Biomed Eng online. 2018 Dec; 17: 1-23.https://doi.org/10.1186/s12938-018-0544-y .

Lodwick GS, Keats TE, Dorst JP. The coding of roentgen images for computer analysis as applied to lung cancer. Radiology. 1963 Aug; 81(2): 185-200. https://doi.org/10.1148/81.2.185 .

Zakirov AN, Kuleev RF, Timoshenko AS, Vladimirov AV. Advanced approaches to computer-aided detection of thoracic diseases on chest X-rays. Appl Math Sci. 2015; 9(88): 4361-9. https://doi.org/10.12988/ams.2015.54348 .

Yadessa AG, Salau AO. Low cost sensor based hand washing solution for COVID-19 prevention. In2021 International Conference on Innovation and Intelligence for Informatics, Computing, and Technologies (3ICT) 2021 Sep 29; 93-97. IEEE. https://doi.org/10.1109/3ICT53449.2021.9581821 .

Carvalho K, Vicente JP, Jakovljevic M, Teixeira JP. Analysis and forecasting incidence, intensive care unit admissions, and projected mortality attributable to COVID-19 in Portugal, the UK, Germany, Italy, and France: predictions for 4 weeks ahead. Bioeng. 2021 Jun 11; 8(6): 84. https://doi.org/10.3390/bioengineering8060084 .

Shanshool AM, Salman AH, Rafash AG. A review study on machine learning approaches on coronavirus big data. J Al-Ma'moon Coll. 2022;1(37):431-59.

Ghrabat MJ, Ma G, Cheng C. Towards efficient for learning model image retrieval. In2018 14th International Conference on Semantics, Knowledge and Grids (SKG) 2018 Sep; 12: pp. 92-99. IEEE. https://doi.org/10.1109/SKG.2018.00020 .

Grima S, Rupeika-Apoga R, Kizilkaya M, Romānova I, Dalli Gonzi R, Jakovljevic M. A proactive approach to identify the exposure risk to COVID-19: validation of the pandemic risk exposure measurement (PREM) model using real-world data. Risk Management and Healthcare Policy. 2021 Nov 26:4775-87.https://doi.org/10.2147/RMHP.S341500 .

Chetoui M, Akhloufi MA. Explainable vision transformers and radiomics for covid-19 detection in chest x-rays. J Clin Med. 2022 May 26; 11(11): 3013. https://doi.org/10.3390/jcm11113013 .

Sahal R, Alsamhi SH, Brown KN, O’Shea D, Alouffi B. Blockchain‐Based Digital Twins Collaboration for Smart Pandemic Alerting: Decentralized COVID‐19 Pandemic Alerting Use Case. Comput Intell Neurosci. 2022; 2022(1): 7786441. https://doi.org/10.1155/2022/7786441 .

AlMohimeed A, Saleh H, El-Rashidy N, Saad RM, El-Sappagh S, Mostafa S. Diagnosis of Covid-19 using chest X-ray images and disease symptoms based on stacking ensemble deep learning. Diagnostics. 2023 Jun 5; 13(11): 1968. https://doi.org/10.3390/diagnostics13111968 .

Hong M, Rim B, Lee H, Jang H, Oh J, Choi S. Multi-class classification of lung diseases using CNN models. Appl Sci. 2021 Oct 6; 11(19):9289. https://doi.org/10.3390/app11199289 .

Lafraxo S, El Ansari M. Covinet: Automated covid-19 detection from x-rays using deep learning techniques. In2020 6th IEEE congress on information science and technology (CiSt) .2021 Jun 5; pp. 489-494. IEEE. https://doi.org/10.1109/CiSt49399.2021.9357250 .

Rezaee K, Badiei A, Meshgini S. A hybrid deep transfer learning based approach for COVID-19 classification in chest X-ray images. In2020 27th national and 5th international Iranian conference on biomedical engineering (ICBME) 2020 Nov 26; 234-241. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICBME51989.2020.9319426 .

Anwar T, Zakir S. Deep learning based diagnosis of COVID-19 using chest CT-scan images. In2020 IEEE 23rd international multitopic conference (INMIC). 2020 Nov 5; (pp. 1-5). IEEE. https://doi.org/10.1109/INMIC50486.2020.9318212 .

Triveni V, Priyanka RG, Teja KD, Sangeetha Y. Programmable Detection of COVID-19 Infection Using Chest X-Ray Images Through Transfer Learning. In2021 Third International Conference on Inventive Research in Computing Applications (ICIRCA). 2021 Sep 2; pp. 1486-1492. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICIRCA51532.2021.9545050.

Karajah EN, Awad M. Covid-19 Detection From Chest X-Rays Using Modified VGG 16 Model. In2021 International Conference on Promising Electronic Technologies (ICPET) .2021 Nov 17; pp. 46-51. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICPET53277.2021.00015 .

Al Majid AH, Wibowo A, Ramadhanti S, Zaneta D, Faoziya R, Maris V. Comparison of Models Architecture on Chest X-Ray Image Classification With Transfer Learning Algorithms. In2021 5th International Conference on Informatics and Computational Sciences (ICICoS) 2021 Nov 24;171-175. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICICoS53627.2021.9651771 .

Kim S, Rim B, Choi S, Lee A, Min S, Hong M. Deep learning in multi-class lung diseases’ classification on chest X-ray images. Diagnostics. 2022 Apr 6; 12(4): 915.https://doi.org/10.1109/AIPR57179.2022.10092231 .

Nawaz M, Nazir T, Baili J, Khan MA, Kim YJ, Cha JH. Cxray-effdet: chest disease detection and classification from x-ray images using the efficientdet model. Diagnostics. 2023 Jan 9; 13(2): 248. https://doi.org/10.3390/diagnostics13020248 .

Chawla NV, Bowyer KW, Hall LO, Kegelmeyer WP. SMOTE: synthetic minority over-sampling technique. J Artif Intell Res. 2002 Jun 1;16:321-57. https://doi.org/10.1613/jair.953 .

Huang, Gao, Zhuang Liu, Laurens Van Der Maaten, and Kilian Q. Weinberger. Densely connected convolutional networks. In Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition. 2017 4700-4708.

Shiri FM, Perumal T, Mustapha N, Mohamed R. A comprehensive overview and comparative analysis on deep learning models: CNN, RNN, LSTM, GRU. arXiv preprint. arXiv: 2023 May; 2305: 27. https://doi.org/10.48550/arXiv.2305.17473

Gaikwad NB, Tiwari V, Keskar A, Shivaprakash NC. Efficient FPGA implementation of multilayer perceptron for real-time human activity classification. IEEE Access. 2019 Feb 24; 7: 26696-706. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2900084.

Wang SH, Zhang YD. DenseNet-201-based deep neural network with composite learning factor and precomputation for multiple sclerosis classification. ACM Transactions on Multimedia Computing, Communications, and Applications (TOMM). 2020 Jun 20; 16(2s): 1-9. https://doi.org/10.1145/3341095.

Shanshool AM, Bouchakwa M, Amor IA. Improved accuracy of pulmonary nodule classification on LIDC-IDRI dataset using deep learning. Procedia Comput Sci. 2023 Jan 1; 225: 394-403. https://doi.org/10.1016/j.procs.2023.10.024

Jain D, Singh V. A two-phase hybrid approach using feature selection and adaptive SVM for chronic disease classification. Int J Comput Appl. 2021 Jul 3; 43(6): 524-36. https://doi.org/10.1080/1206212X.2019.1577534 .

Wu JX, Chen PY, Li CM, Kuo YC, Pai NS, Lin CH. Multilayer fractional-order machine vision classifier for rapid typical lung diseases screening on digital chest X-ray images. IEEE Access. 2020 Jun 4;8: 105886-902. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3000186 .

Uparkar O, Bharti J, Pateriya RK, Gupta RK, Sharma A. Vision transformer outperforms deep convolutional neural network-based model in classifying X-ray images. Procedia Comput Sci. 2023 Jan 1; 218: 2338-49. https://doi.org/10.1016/j.procs.2023.01.209 .

Reshan MS, Gill KS, Anand V, Gupta S, Alshahrani H, Sulaiman A, Shaikh A. Detection of pneumonia from chest X-ray images utilizing mobilenet model. Healthcare. 2023 May 26; 11(11): 1561. MDPI. https://doi.org/10.3390/healthcare11111561.

التنزيلات

إصدار

القسم

article

كيفية الاقتباس

1.
آلة هجينة قوية ونموذج قائم على التعلم العميق للتصنيف والتعرف في صور الأشعة السينية للصدر. Baghdad Sci.J [انترنت]. [وثق 23 ديسمبر، 2024];22(5). موجود في: https://bsj.uobaghdad.edu.iq/index.php/BSJ/article/view/10494