НЕЙРОСЕТЕВОЙ КЛАССИФИКАТОР РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРИЗНАКОВ COVID-19 ПНЕВМОНИИ
- Авторы: Кривоногов Л.Ю.1, Иномбоев И.С.1, Чебан Ю.П.2
-
Учреждения:
- Пензенский государственный университет
- Пензенская областная клиническая больница имени Н. Н. Бурденко
- Выпуск: № 3 (2025)
- Страницы: 113-126
- Раздел: МОДЕЛИ, СИСТЕМЫ, СЕТИ В ТЕХНИКЕ
- URL: https://journals.rcsi.science/2227-8486/article/view/360418
- DOI: https://doi.org/10.21685/2227-8486-2025-3-9
- ID: 360418
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Актуальность и цели. Рассматривается разработка нейросетевого бинарного классификатора рентгеновских изображений грудной клетки, позволяющего обнаружить характерные признаки пневмоний, вызванных COVID-19. Приведены до- воды в пользу применения рентгенографии как альтернативы компьютерной томографии при выявлении изменений в легких, характерных для COVID-19. Проведен анализ публикаций в области автоматической классификации рентгеновских изображений с признаками COVID-19 пневмоний. Материалы и методы. Для обучения и тестирования модели использовался авторский набор данных, состоящий из 1240 рентгеновских изображений грудной клетки. Обучающая часть набора данных была подвергнута процедуре аугментации. Предложена оригинальная четырнадцатислойная модель классификатора. Обучение модели проходило в течение 20 эпох. Результаты. Оценка качества классификации проведена при помощи стандартных метрик. Были получены следующие значения метрик: Sensitivity (Recall) – 95,4 %, Specificity – 97,8 %, Accuracy – 96,7 %, Precision – 96,6 %, F1-scope – 96 %. Дополнительное тестирование модели было проведено на 228 изображениях базы COVID-19 Radiography Database платформы Kaggle, при этом получены следующие значения метрик: Sensitivity (Recall), Specificity, Accuracy – 96 %, Precision – 93 %, F1-scope – 94 %. Выводы. Качество классификации рентгеновских изображений грудной клетки разработанной моделью соответствует современному уровню и достаточно близко к врачебному. Разработанный классификатор может быть использован в практической рентгенологии в качестве нейросетевого ассистента врача-рентгенолога.
Об авторах
Леонид Юрьевич Кривоногов
Пензенский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: leonidkrivonogov@yandex.ru
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры медицинской кибернетики и информатики
(Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)Илхомджон Сулхиддинович Иномбоев
Пензенский государственный университет
Email: ilhomdzoninomboev@gmail.com
студент
(Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)Юлия Петровна Чебан
Пензенская областная клиническая больница имени Н. Н. Бурденко
Email: petrunina_julija@inbox.ru
врач-рентгенолог рентгеновского отделения
(Россия, г. Пенза, ул. Лермонтова, 28)Список литературы
- Эсауленко Е. В., Александрович Ю. С., Бушманова А. Д. [и др.]. Вирусные пневмонии : учеб. пособие для врачей. СПб. : Изд-во СПбГПМУ, 2021.
- Ковидная пневмония // Медпортал. URL: https://medportal.ru/enc/infection/coronavirus/ kovidnaya-pnevmoniya/ (дата обращения: 20.05.2025).
- Профилактика, диагностика и лечение новой коронавирусной инфекции (COVID19): временные методические рекомендации. Версия 18 (от 26.10.2023) / Министерство здравоохранения Российской Федерации. 250 с. URL: http://disuria.ru/_ld/13/1343_C19PDL261023N18.pdf (дата обращения: 20.05.2025).
- Hemdan E. E., Shouman M. A., Karar M. E. COVIDX-NET: A Framework of Deep Learning Classifiers to Diagnose COVID-19 in X-ray Images. URL: arXiv:2003.11055 (дата обращения: 20.05.2025).
- Nishio M., Noguchi S., Matsuo H., Murakami T. Automatic Classification between COVID-19 Pneumonia, Non-COVID-19 Pneumonia, and The Healthy on Chest X-ray Image: Combination of Data Augmentation Methods // Sci. Rep. 2020. № 10 (1). Р. 1–6.
- Minaee S., Kafiehb R., Sonkac M. [et al.]. Deep-COVID: Predicting COVID-19 from chest X-ray images using deep transfer learning // Med. Image Anal. 2020. № 65. Р. 101794.
- Wang L., Lin Z. Q., Wong A. COVID-NET: A Tailored Deep Convolutional Neural Network Design for Detection of COVID-19 Cases from Chest X-Ray Images // Sci Rep. 2020. № 10 (1). Р. 1–2.
- Sethy P. K., Behera S. K., Ratha P. K., Biswas P. Detection of coronavirus disease (COVID-19) based on deep features and support vector machine. 2020. April // International Journal of Mathematical Engineering and Management Sciences. doi: 10.33889/IJMEMS.2020.5.4.052
- Bassi P. R. A. S., Attux R. A Deep Convolutional Neural Network for COVID-19 Detection Using Chest X-Rays. URL: https://arxiv.org/abs/2005.01578 (дата обращения: 20.05.2025).
- Narin A., Kaya C., Pamuk Z. Automatic Detection of Coronavirus Disease (COVID- 19) Using X-ray Images and Deep Convolutional Neural Networks // Pattern Anal Appl. 2021. May 9. Р. 1–4.
- Ефремцев В. Г., Ефремцев Н. Г., Тетерин Е. П. [и др.]. Классификация рентгеновских изображений грудной клетки больных вирусной пневмонией и COVID-19 с помощью нейронных сетей // Компьютерная оптика. 2021. Т. 45, № 1. С. 149–153.
- Shelke A., Inamdar M., Shah V. [et al.]. Chest X-ray Classification Using Deep Learning for Automated COVID-19 Screening // SN Comput Sci. 2021. № 2 (4). Р. 300. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s42979-021-00695-5 (дата обращения: 20.05.2025).
- Зеленина Л. И., Хаймина Л. Э., Деменкова Е. А. [и др.]. Сверточные нейронные сети в задаче классификации медицинских изображений // Современные науко- емкие технологии. 2021. № 9. С. 68–73.
- Nigam B., Nigam A., Jain R. [et al.]. COVID-19: Automatic detection from X-ray images by utilizing deep learning methods // Expert Syst. Appl. 2021. № 176. Р. 114883.
- Щетинин Е. Ю. Обнаружение коронавирусной инфекции COVID-19 на основе анализа рентгеновских снимков грудной клетки методами глубокого обучения // Компьютерная оптика. 2022. Т. 46, № 6. С. 963–970.
- Basma W. A., Salman H. M. A. A Convolutional Neural Network for Detecting COVID-19 from Chest X-ray Images // Iraqi Journal of Computer Communication Control and System Engineering. 2022. № 22 (3). Р. 1–14. doi: 10.33103/uot.ijccce.22.3.1
- Chow L. S., Tang G. S., Solihin M. I. [et al.]. Quantitative and qualitative analysis of 18 deep convolutional neural network (CNN) models with transfer learning to diagnose COVID-19 on chest X-ray (CXR) images // SN Comput. Sci. 2023. № 4 (2). Р. 141.
- Md. Harun Or Rashid, Minhaz M. H., Sarker A. [et al.]. COVID-19 Detection from Chest X-Ray Images Using Convolutional Neural Network Approach // Journal of Computer and Communications. 2023. Vol. 11, № 5.
- Asif S., Qurrat-ul-Ain, Awais M. [et al.]. A Deep Ensemble Learning Framework for COVID-19 Detection in Chest X-ray Images // Network Modeling Analysis in Health Informatics and Bioinformatics. 2024. Vol. 13. Р. 30.
- Ghaderzadeh M., Farkhondeh A. Deep Learning in the Detection and Diagnosis of COVID-19 Using Radiology Modalities: A Systematic Review // Journal of Healthcare Engineering. 2021. Р. 6677314. doi: 10.1155/2021/6677314
- Захаренко Е. Метрики оценки качества моделей и анализ ошибок в машинном обучении. Подробное руководство. URL: https://habr.com/ru/users/egaoharu_kensei/ (дата обращения: 20.05.2025).
- Kaggle. URL: https://www.kaggle.com/ (дата обращения: 20.05.2025).
- Арзамасов К. М., Семенов С. С., Кокина Д. Ю. [и др.]. Критерии применимости компьютерного зрения для профилактических исследований на примере рентгенографии и флюорографии органов грудной клетки // Медицинская физика. 2022. № 4. С. 56–63.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024616745. Программа для обнаружения признаков пневмонии, вызванной COVID-19, на рентгеновских снимках грудной клетки / Л. Ю. Кривоногов, И. С. Иномбоев ; опубл. 25.03.2024.
Дополнительные файлы













