Классификация пневмонии на основе конкатенированной CNN
Основное содержимое статьи
Аннотация
В данном исследовании предложена модель конкатенированной CNN для обнаружения пневмонии, совмещённая с методом улучшения изображений на основе нечеткой логики. Процесс улучшения изображений с использованием нечеткой логики основан на новом алгоритме уточнённой фаззификации, который значительно повышает качество изображений и эффективность извлечения признаков для модели CCNN. Для обучения алгоритма использовались четыре набора данных: исходные изображения и изображения, обработанные с использованием нечеткой энтропии, стандартного отклонения и выравнивания гистограммы. Было показано, что использование улучшенных наборов данных значительно повысило производительность CCNN, при этом наилучшие результаты продемонстрировал набор данных с добавленной нечеткой энтропией. Предложенная модель CCNN достигла выдающихся показателей классификации, включая точность 98,9%, прецизионность 99,3%, F1 99,8% и полноту 99,6%. Экспериментальные сравнения показали, что улучшение изображений на основе нечеткой логики значительно превосходит традиционные методы, обеспечивая более высокую точность диагностики. Данное исследование демонстрирует эффективность совместного использования моделей глубокого обучения и современных методов улучшения изображений для анализа медицинских снимков.
Информация о статье

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Библиографические ссылки
S. Suganyadevi, V. Seethalakshmi. FACNN: fuzzy-based adaptive convolution neural network for classifying COVID-19 in noisy CXR images. Med Bio Comput 62, pp. 2893–2909. 2024. https://doi.org/10.1007/s11517-024-03107-x.
M. Versaci, F. C. Morabito and G. Angiulli, "Adaptive Image Contrast Enhancement by Computing Distances into a 4-Dimensional Fuzzy Unit Hypercube," in IEEE Access, vol. 5, pp. 26922-26931, 2017, doi: 10.1109/ACCESS.2017.2776349.
M. Versaci, F. C. Morabito and G. Angiulli, "Adaptive Image Contrast Enhancement by Computing Distances into a 4-Dimensional Fuzzy Unit Hypercube," in IEEE Access, vol. 5, pp. 26922-26931, 2017, doi: 10.1109/ACCESS.2017.2776349.
C. Ieracitano, N. Mammone, M. Versaci, G. Varone, A. Ali, A. Armentano, G. Calabrese, A. Ferrarel-li, L. Turano, C. Tebala, Z. Hussain, Z. Sheikh, A. Sheikh, G. Sceni, A. Hussain, F. Morabito. A fuzzy-enhanced deep learning approach for early detection of Covid-19 pneumonia from portable chest X-ray images. Neurocomputing, Volume 481, 2022, pp. 202-215, https://doi.org/10.1016/j.neucom.2022.01.055.
Shin, Choong-Ho & Lee, Jung-Jai & Jung, Chai-Yeoung. (2015). An Enhanced Algorithm for an Optimal High-Frequency Emphasis Filter Based on Fuzzy Logic for Chest X-Ray Images. Journal of information and communication convergence engineering. 13. pp. 264-269. 10.6109/jicce.2015.13.4.264.
N. Amitaa, B. Marijab, M. Danijelab, D. Arvinda, M. Lakshmi. Fuzzy enhancement and deep hash layer based neural network to detect Covid-19. Journal of Intelligent & Fuzzy Systems, vol. 41, no. 1, pp. 1341-1351, 2021.
Sousa, W. P., Cruz, C. C. P., & Lanzillotti, R. S. (2023). Fuzzy Divergence for Lung Radiography Image Enhancement. Trends in Computational and Applied Mathematics, 24(4), pp. 699–716. https://doi.org/10.5540/tcam.2023.024.04.00699.
Link, J.; Perst, T.; Stoeve, M.; Eskofier, B.M. Wearable sensors for activity recognition in ultimate frisbee using convolutional-neural networks and transfer learning. Sensors 2022, 22, 2560.
Valverde, J.M.; Imani, V.; Abdollahzadeh, A.; De Feo, R.; Prakash, M.; Ciszek, R.; Tohka, J. Transfer learning in magnetic resonance brain imaging: A systematic review. J. Imaging 2021, 7, 66.
Ayana, G.; Dese, K.; Choe, S.W. Transfer learning in breast cancer diagnoses via ultrasound imaging. Cancers 2021, 13, 738.
Gao, Y.; Cui, Y. Deep transfer learning for reducing health care disparities arising from biomedical data inequality. Nat. Commun. 2020, 11, 5131.
Mozaffari, J.; Amirkhani, A.; Shokouhi, S.B. A survey on deep learning models for detection of COVID-19. Neural Comput. Appl. 2023, 35, pp. 16945–16973.
Agnihotri, A.; Kohli, N. Challenges, opportunities, and advances related to COVID-19 classification based on deep learning. Data Sci. Manag. 2023, 6, pp. 98–109.
Talaat, M.; Xi, J.; Tan, K.; Si, X.A.; Xi, J. Convolutional neural network classification of exhaled aerosol images for diagnosis of obstructive respiratory diseases. Nanotheranostics 2023, 4, pp. 228–247.
Talaat, M.; Si, X.; Xi, J. Datasets of simulated exhaled aerosol images from normal and diseased lungs with multi-level similarities for neural network training/testing and continuous learning. Data 2023, 8, 126.
Maray, N.; Ngu, A.H.; Ni, J.; Debnath, M.; Wang, L. Transfer learning on small datasets for im-proved fall detection. Sensors 2023, 23, 1105.
Rahman, T.; Chowdhury, M.E.; Khandakar, A.; Islam, K.R.; Islam, K.F.; Mahbub, Z.B.; Kadir, M.A.; Kashem, S. Transfer Learning with Deep Convolutional Neural Network (CNN) for Pneumonia De-tection using Chest X-ray. Appl. Sci. 2020, 10, 3233.
Elshennawy, N.M.; Ibrahim, D.M. Deep-Pneumonia Framework Using Deep Learning Models Based on Chest X-Ray Images. Diagnostics 2020, 10, 649. https://doi.org/10.3390/diagnostics10090649
Talaat, M.; Si, X.; Xi, J. Multi-Level Training and Testing of CNN Models in Diagnosing Multi-Center COVID-19 and Pneumonia X-ray Images. Appl. Sci. 2023, 13, 10270. https://doi.org/10.3390/app131810270.