Detección de accidentes cerebrovasculares en imágenes de tomografía computarizada del cerebro utilizando redes neuronales convolucionales: desarrollo del modelo, optimización e interpretabilidad
Autores: Abdi, Hassan; Sattar, Mian Usman; Hasan, Raza; Dattana, Vishal; Mahmood, Salman
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Detección de accidentes cerebrovasculares en imágenes de tomografía computarizada del cerebro utilizando redes neuronales convolucionales: desarrollo del modelo, optimización e interpretabilidad
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión de la tecnología y la inovación
Palabras clave
Detección
Imágenes médicas
Red neuronal convolucional
Accidentes cerebrovasculares
Imágenes de TC
Aprendizaje profundo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La detección de accidentes cerebrovasculares mediante imágenes médicas juega un papel crucial en el diagnóstico temprano y la planificación del tratamiento. En este estudio, proponemos un modelo basado en Redes Neuronales Convolucionales (CNN) para detectar accidentes cerebrovasculares a partir de imágenes de Tomografía Computarizada (TC) del cerebro. El modelo se entrena en un conjunto de datos que consta de 2501 imágenes, incluyendo casos normales y de accidentes cerebrovasculares, y emplea una serie de pasos de preprocesamiento, que incluyen redimensionamiento, normalización, aumento de datos y división en conjuntos de entrenamiento, validación y prueba. La arquitectura de la CNN comprende tres bloques convolucionales seguidos de capas densas optimizadas a través de ajuste de hiperparámetros para maximizar el rendimiento. Nuestro modelo logró una precisión de validación del 97.2%, con valores de precisión y recuperación del 96%, demostrando una alta eficacia en la clasificación de accidentes cerebrovasculares. Además, se utilizaron técnicas de interpretabilidad como Explicaciones Locales de Modelos Independientes de la Técnica (LIME), sensibilidad a la oclusión y mapas de saliencia para visualizar el proceso de toma de decisiones del modelo, mejorando la transparencia y la confianza para su uso clínico. Los resultados sugieren que los modelos de aprendizaje profundo, particularmente las CNN, pueden proporcionar un valioso apoyo a los profesionales médicos en la detección de accidentes cerebrovasculares, ofreciendo tanto un alto rendimiento como interpretabilidad. El modelo demuestra una generalización moderada, logrando una precisión del 89.73% en un conjunto de datos externo, independiente del paciente, de 9900 imágenes de TC, subrayando la necesidad de una mayor optimización en diversos entornos clínicos.
Descripción
La detección de accidentes cerebrovasculares mediante imágenes médicas juega un papel crucial en el diagnóstico temprano y la planificación del tratamiento. En este estudio, proponemos un modelo basado en Redes Neuronales Convolucionales (CNN) para detectar accidentes cerebrovasculares a partir de imágenes de Tomografía Computarizada (TC) del cerebro. El modelo se entrena en un conjunto de datos que consta de 2501 imágenes, incluyendo casos normales y de accidentes cerebrovasculares, y emplea una serie de pasos de preprocesamiento, que incluyen redimensionamiento, normalización, aumento de datos y división en conjuntos de entrenamiento, validación y prueba. La arquitectura de la CNN comprende tres bloques convolucionales seguidos de capas densas optimizadas a través de ajuste de hiperparámetros para maximizar el rendimiento. Nuestro modelo logró una precisión de validación del 97.2%, con valores de precisión y recuperación del 96%, demostrando una alta eficacia en la clasificación de accidentes cerebrovasculares. Además, se utilizaron técnicas de interpretabilidad como Explicaciones Locales de Modelos Independientes de la Técnica (LIME), sensibilidad a la oclusión y mapas de saliencia para visualizar el proceso de toma de decisiones del modelo, mejorando la transparencia y la confianza para su uso clínico. Los resultados sugieren que los modelos de aprendizaje profundo, particularmente las CNN, pueden proporcionar un valioso apoyo a los profesionales médicos en la detección de accidentes cerebrovasculares, ofreciendo tanto un alto rendimiento como interpretabilidad. El modelo demuestra una generalización moderada, logrando una precisión del 89.73% en un conjunto de datos externo, independiente del paciente, de 9900 imágenes de TC, subrayando la necesidad de una mayor optimización en diversos entornos clínicos.