Un marco de aprendizaje profundo novedoso mejorado por optimización híbrida utilizando escarabajos de estiércol y la ley de Fick para una detección superior de neumonía
Autores: Sabaawi, Abdulazeez M.; Koyuncu, Hakan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un marco de aprendizaje profundo novedoso mejorado por optimización híbrida utilizando escarabajos de estiércol y la ley de Fick para una detección superior de neumonía
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Neumonía
Radiografías de tórax
Red neuronal convolucional
Detección
Algoritmos de optimización
Precisión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
La neumonía es una inflamación del tejido pulmonar causada por varios microorganismos infecciosos y factores no infecciosos. Afecta a personas de todas las edades, pero los grupos de edad vulnerables son más susceptibles. Las técnicas de imagen, como las radiografías de tórax (CXRs), son cruciales para la detección temprana y la acción rápida. Las CXRs para esta condición se caracterizan por apariencias radiopacas o a veces una consolidación en la parte afectada del pulmón causada por secreciones inflamatorias que reemplazan el aire en los alvéolos infectados. La detección temprana y precisa de la neumonía es esencial para evitar sus potencialmente fatales consecuencias, especialmente en niños y ancianos. Este documento propone un marco mejorado basado en la arquitectura de red neuronal convolucional (CNN), utilizando específicamente una arquitectura basada en transferencia de aprendizaje (MobileNet V1), que ha superado a modelos recientes. El marco propuesto se mejora utilizando un método híbrido que combina la operación de dos algoritmos de optimización: el optimizador de escarabajos de estiércol (DBO), que mejora la exploración imitando las estrategias de navegación de los escarabajos de estiércol, y el algoritmo de la ley de Fick (FLA), que mejora la explotación guiando las soluciones hacia áreas óptimas. Esta optimización híbrida equilibra eficazmente la exploración y la explotación, mejorando significativamente el rendimiento del modelo. El modelo se entrenó con 7750 imágenes de radiografías de tórax. El marco puede distinguir entre saludable y neumonía, logrando una precisión del 98.19 +/- 0.94% y una sensibilidad del 98 +/- 0.99%. Los resultados son prometedores, lo que indica que este nuevo marco podría usarse para la detección temprana de neumonía con un bajo costo y alta precisión, especialmente en áreas remotas que carecen de experiencia en radiología, reduciendo así la tasa de mortalidad causada por la neumonía.
Descripción
La neumonía es una inflamación del tejido pulmonar causada por varios microorganismos infecciosos y factores no infecciosos. Afecta a personas de todas las edades, pero los grupos de edad vulnerables son más susceptibles. Las técnicas de imagen, como las radiografías de tórax (CXRs), son cruciales para la detección temprana y la acción rápida. Las CXRs para esta condición se caracterizan por apariencias radiopacas o a veces una consolidación en la parte afectada del pulmón causada por secreciones inflamatorias que reemplazan el aire en los alvéolos infectados. La detección temprana y precisa de la neumonía es esencial para evitar sus potencialmente fatales consecuencias, especialmente en niños y ancianos. Este documento propone un marco mejorado basado en la arquitectura de red neuronal convolucional (CNN), utilizando específicamente una arquitectura basada en transferencia de aprendizaje (MobileNet V1), que ha superado a modelos recientes. El marco propuesto se mejora utilizando un método híbrido que combina la operación de dos algoritmos de optimización: el optimizador de escarabajos de estiércol (DBO), que mejora la exploración imitando las estrategias de navegación de los escarabajos de estiércol, y el algoritmo de la ley de Fick (FLA), que mejora la explotación guiando las soluciones hacia áreas óptimas. Esta optimización híbrida equilibra eficazmente la exploración y la explotación, mejorando significativamente el rendimiento del modelo. El modelo se entrenó con 7750 imágenes de radiografías de tórax. El marco puede distinguir entre saludable y neumonía, logrando una precisión del 98.19 +/- 0.94% y una sensibilidad del 98 +/- 0.99%. Los resultados son prometedores, lo que indica que este nuevo marco podría usarse para la detección temprana de neumonía con un bajo costo y alta precisión, especialmente en áreas remotas que carecen de experiencia en radiología, reduciendo así la tasa de mortalidad causada por la neumonía.