روش تلفیقی یادگیری عمیق و ماشین بردار پشتیبان جهت تشخیص کووید-19 بر اساس تصاویر اشعه ایکس قفسه سینه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه برق و مهندسی پزشکی، موسسه آموزش عالی خراسان، مشهد، ایران

2 موسسه آموزش عالی خراسان

چکیده

با گسترش روزافزون بیماری کرونا، استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی به خصوص شبکه‌های عصبی کانوولوشنال (CNN) مبتنی بر یادگیری عمیق جهت غربال‌گری تصاویر اشعه ایکس قفسه سینه (CXR) بیماران مبتلا به کووید-19، ضرورت بیشتری یافته و سهم عمده‌ای از مقالات در این حوزه را به خود اختصاص داده‌اند. دقت‌ تشخیص و غربال‌گری مبتنی برCNN ها در مقالات علمی به بیش از 95 درصد و تلفیق چندین معماری مختلف از CNN ها ، منجر به افزایش دقت تا 99 درصد گردیده است. در این مقاله یک ساختار ترکیبی از شبکه عصبی‌ کانوولوشن الکس‌نت (AlexNet) با روش دسته‌بندی ماشین بردارپشتیبان (SVM) جهت غربالگری بیماران مبتلا به کووید-19 با توجه به تصاویر CXR بیماران از بانک اطلاعات تصاویرGitHub پیشنهاد شده است. در بخش ورودی ساختار پیشنهادی، جهت استخراج ویژگی‌های تصاویر از هیستوگرام دو بعدی تصویر که حاوی اطلاعات تصویر در ابعاد کمتری‌ است، استفاده شده و مشکل کمبود تصاویر با استفاده از روش داده‌افزایی مرتفع گردیده است. نتایج حاصل با سایر روش‌های دسته‌بندی معروف مانند خوشه‌بندی میانگین k (k-means)، خوشه‌بندی میانگین فازی (FCM) و خوشه‌بندی تفاضلی (Subtractive) مقایسه شده است. ساختار پیشنهادی دارای عملکرد 100 درصدی در تشخیص کرونا بر اساس معیار حساسیت است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Hybrid Deep Learning and Support Vector Machine for Covid-19 diagnosis based on Chest X-ray images

نویسندگان [English]

  • Ali Karsaz 1
  • Roghayeh Akbarian 2
  • Ali khorami 2
1 Electrical and Bioelectric Engineering Department, Khorasan Institute of Higher Education, Mashhad, Iran
2 Khorasan Institute of Higher Education
چکیده [English]

Under the daily growing of corona disease, the use of artificial intelligence algorithms especially convolutional neural networks (CNN) based on deep learning for screening chest X-ray (CXR) images of Covid-19 patients is becoming more important and encompasses the most articles in the field. CNN detection and screening accuracy in scientific articles has reached more than 95% and the combination of several different CNN architectures has resulted up to 99% accuracy. In this paper, we use a hybrid AlexNet as a convolutional neural network with support vector machine (SVM) as a classifier, to screen Covid-19 infected patients based on chest X-ray images of GitHub database. At the input part of the proposed structure, for feature extraction of images, a two-dimensional histogram which contains more image information in smaller dimensions has been used. The problem of lack of images has been solved by using the data augmentation technique. Simulation results have been compared with other clustering methods such as k-means, fuzzy C-means (FCM) and subtractive clustering. The proposed structure has more than 99 percent sensitivity in diagnosis of corona disease.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chest X-ray images (CXR)
  • Support vector machine (SVM)
  • Covid-19
  • Convolutional neural networks (CNN)