Enfoque de transferencia de aprendizaje para la detección asistida por computadora de COVID-19 en radiografías de tórax
Autores: Narayanan, Barath Narayanan; Hardie, Russell C.; Krishnaraja, Vignesh; Karam, Christina; Davuluru, Venkata Salini Priyamvada
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Enfoque de transferencia de aprendizaje para la detección asistida por computadora de COVID-19 en radiografías de tórax
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Inteligencia Artificial
Palabras clave
Coronavirus
COVID-19
Trastornos respiratorios
Detección Asistida por Computadora
Radiografías de tórax
Aprendizaje por transferencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 24
Citaciones: Sin citaciones
La enfermedad del coronavirus 2019 (COVID-19) ha impactado severamente en vidas alrededor del mundo. Los trastornos respiratorios en pacientes con COVID-19 son causados por opacidades pulmonares similares a la neumonía viral. Un sistema de Detección Asistida por Computadora (CAD) para la detección de COVID-19 utilizando radiografías de tórax proporcionaría una segunda opinión para los radiólogos. Para esta investigación, utilizamos conjuntos de datos públicamente disponibles que han sido marcados por radiólogos en dos clases (COVID-19 y no COVID-19). Abordamos el problema del desequilibrio de clases asociado con el conjunto de datos de entrenamiento proponiendo un enfoque novedoso de transferencia de aprendizaje, donde dividimos un conjunto de datos de entrenamiento altamente desequilibrado en un grupo de mini conjuntos equilibrados y aplicamos aprendizaje por transferencia entre estos. Demostramos la eficacia del método utilizando redes neuronales convolucionales profundas bien establecidas. Nuestro mecanismo de entrenamiento propuesto es más robusto ante datos de entrenamiento limitados y desequilibrio de clases. Estudiamos el rendimiento de nuestro algoritmo(s) basado en validación cruzada de 10 pliegues y dos experimentos de validación hold-out para demostrar su eficacia. Logramos una sensibilidad general de 0.94 para los experimentos de validación hold-out que contienen 2265 y 2139 marcados como radiografías de tórax de COVID-19, respectivamente. Para el experimento de validación cruzada de 10 pliegues, logramos un valor general del Área bajo la curva Característica Operativa del Receptor (AUC) de 0.996 para la detección de COVID-19. Este documento sirve como una prueba de concepto de que se puede desarrollar un enfoque de detección automatizada con un conjunto limitado de imágenes de COVID-19, y en áreas con escasez de radiólogos capacitados.
Descripción
La enfermedad del coronavirus 2019 (COVID-19) ha impactado severamente en vidas alrededor del mundo. Los trastornos respiratorios en pacientes con COVID-19 son causados por opacidades pulmonares similares a la neumonía viral. Un sistema de Detección Asistida por Computadora (CAD) para la detección de COVID-19 utilizando radiografías de tórax proporcionaría una segunda opinión para los radiólogos. Para esta investigación, utilizamos conjuntos de datos públicamente disponibles que han sido marcados por radiólogos en dos clases (COVID-19 y no COVID-19). Abordamos el problema del desequilibrio de clases asociado con el conjunto de datos de entrenamiento proponiendo un enfoque novedoso de transferencia de aprendizaje, donde dividimos un conjunto de datos de entrenamiento altamente desequilibrado en un grupo de mini conjuntos equilibrados y aplicamos aprendizaje por transferencia entre estos. Demostramos la eficacia del método utilizando redes neuronales convolucionales profundas bien establecidas. Nuestro mecanismo de entrenamiento propuesto es más robusto ante datos de entrenamiento limitados y desequilibrio de clases. Estudiamos el rendimiento de nuestro algoritmo(s) basado en validación cruzada de 10 pliegues y dos experimentos de validación hold-out para demostrar su eficacia. Logramos una sensibilidad general de 0.94 para los experimentos de validación hold-out que contienen 2265 y 2139 marcados como radiografías de tórax de COVID-19, respectivamente. Para el experimento de validación cruzada de 10 pliegues, logramos un valor general del Área bajo la curva Característica Operativa del Receptor (AUC) de 0.996 para la detección de COVID-19. Este documento sirve como una prueba de concepto de que se puede desarrollar un enfoque de detección automatizada con un conjunto limitado de imágenes de COVID-19, y en áreas con escasez de radiólogos capacitados.