A Robust Ensemble Convolutional Neural Networks for Diagnosing Chest Diseases
Description
Radiologists employ X-ray images to differentiate various chest diseases.Given the intricate and meticulous nature of this diagnostic procedure, the assistance of automated models becomes imperative in detecting and diagnosing diseases from X-ray images.This research paper proposed a novel approach called Ensemble Convolutional Neural Network for Diagnosing Chest Diseases (ECDCNet), aimed at accurately and efficiently diagnosing fifteen different chest diseases through the analysis of X-ray images of the lungs.The ECDCNet model comprised a stack of five CNNs: ResNet152V2, DenseNet121, Inceptionv3, Vogg19, and Wavelet transform-CNN with various architectures and hyper-parameters to enhance the overall prediction performance.The proposed model applied the image segmentation for the lung's region using the U-Net model to localize and focus on the relevant space and facilitate the identification of specific radiological signs such as nodules, opacities, cavities, and consolidation.Furthermore, the study exploited three ensemble CNN strategies: Average voting, majority voting, and a proposed CNN-ensemble strategy called the Weighted Performance Metrics Ensemble Strategy (WPME) to set the weights of the prediction stage.The proposed WPME strategy used four evaluation measures for assessing the importance of each base CNN in the ensemble model, including precision, recall, F1-score, and accuracy, to enhance the prediction of the ensemble model.The proposed ECDCNet model achieved an accuracy of 95.3, 95.8 and 96.1% in the average voting, the majority voting, and the WPME strategy on a collected dataset of 110804 images for fifteen chest diseases.Further, it achieved an accuracy of 97.9, 98.2 and 98.9% in the average voting, the majority voting, and the WPME strategy on another public dataset of 13150 images for three chest diseases.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يستخدم أخصائيو الأشعة صور الأشعة السينية للتمييز بين أمراض الصدر المختلفة. نظرًا للطبيعة المعقدة والدقيقة لهذا الإجراء التشخيصي، تصبح مساعدة النماذج الآلية ضرورية في الكشف عن الأمراض وتشخيصها من صور الأشعة السينية. اقترحت هذه الورقة البحثية نهجًا جديدًا يسمى الشبكة العصبية التلافيفية لتشخيص أمراض الصدر (ECDCNet)، يهدف إلى التشخيص الدقيق والفعال لخمسة عشر مرضًا مختلفًا في الصدر من خلال تحليل صور الأشعة السينية للرئتين. يتكون نموذج ECDCNet من كومة من خمس CNNs: ResNet152V2، DenseNet121، Inceptionv3، Vogg19، وتحويل الموجات - CNN مع مختلف البنى والمعلمات المفرطة لتعزيز الأداء العام للتنبؤ. طبق النموذج المقترح تجزئة الصورة لمنطقة الرئة باستخدام نموذج U - Net لتوطين والتركيز على المساحة ذات الصلة وتسهيل تحديد علامات إشعاعية محددة مثل العقيدات والعتامة والتجاويف والتوحيد. علاوة على ذلك، استغلت الدراسة ثلاث استراتيجيات مجتمعة من CNN: متوسط التصويت وتصويت الأغلبية واستراتيجية مقترحة من CNN تسمى استراتيجية مجموعة مقاييس الأداء المرجحة (WPME) لتحديد أوزان مرحلة التنبؤ. استخدمت استراتيجية WPME المقترحة أربعة مقاييس للتقييم لتقييم أهمية كل قاعدة سي إن إن في نموذج الفرقة، بما في ذلك الدقة، والاستدعاء، ودرجة F1، والدقة، لتعزيز التنبؤ بنموذج الفرقة. حقق نموذج ECDCNet المقترح دقة 95.3 و 95.8 و 96.1 ٪ في متوسط التصويت، والتصويت بالأغلبية، واستراتيجية WPME على مجموعة بيانات مجمعة من 110804 صورة لخمسة عشر مرضًا صدريًا. علاوة على ذلك، حقق دقة 97.9 و 98.2 و 98.9 ٪ في متوسط التصويت، والتصويت بالأغلبية، واستراتيجية WPME على مجموعة بيانات عامة أخرى من 13150 صورة لثلاثة أمراض صدرية.Translated Description (French)
Les radiologues utilisent des images radiologiques pour différencier diverses maladies thoraciques. Compte tenu de la nature complexe et méticuleuse de cette procédure de diagnostic, l'assistance de modèles automatisés devient impérative pour détecter et diagnostiquer les maladies à partir d'images radiologiques. Ce document de recherche a proposé une nouvelle approche appelée Ensemble Convolutional Neural Network for Diagnosing Chest Diseases (ECDCNet), visant à diagnostiquer avec précision et efficacité quinze maladies thoraciques différentes grâce à l'analyse d'images radiologiques des poumons. Le modèle ECDCNet comprenait une pile de cinq CNN : ResNet152V2, DenseNet121, Inceptionv3, Vogg19, et la transformée en ondelettes-CNN avec diverses architectures et hyperparamètres pour améliorer la performance globale de prédiction.Le modèle proposé a appliqué la segmentation d'image pour la région du poumon en utilisant le modèle U-Net pour localiser et se concentrer sur l'espace pertinent et faciliter l'identification de signes radiologiques spécifiques tels que les nodules, les opacités, les cavités et la consolidation.En outre, l'étude a exploité trois stratégies d'ensemble CNN : vote moyen, vote à la majorité et une stratégie d'ensemble CNN proposée appelée Stratégie d'ensemble de mesures de performance pondérées (WPME) pour définir les poids de l'étape de prédiction.La stratégie WPME proposée a utilisé quatre mesures d'évaluation pour évaluer l'importance de chaque base CNN dans le modèle d'ensemble, y compris la précision, le rappel, le score F1 et la précision, afin d'améliorer la prédiction du modèle d'ensemble. Le modèle ECDCNet proposé a atteint une précision de 95,3, 95,8 et 96,1 % dans le vote moyen, le vote majoritaire et la stratégie WPME sur un ensemble de données collectées de 110804 images pour quinze maladies thoraciques. En outre, il a atteint une précision de 97,9, 98,2 et 98,9 % dans le vote moyen, le vote majoritaire et la stratégie WPME sur un autre ensemble de données publiques de 13150 images pour trois maladies thoraciques.Translated Description (Spanish)
Los radiólogos emplean imágenes de rayos X para diferenciar varias enfermedades torácicas. Dada la naturaleza intrincada y meticulosa de este procedimiento de diagnóstico, la asistencia de modelos automatizados se vuelve imprescindible para detectar y diagnosticar enfermedades a partir de imágenes de rayos X. Este trabajo de investigación propuso un enfoque novedoso llamado Ensemble Convolutional Neural Network for Diagnosing Chest Diseases (ECDCNet), destinado a diagnosticar de manera precisa y eficiente quince enfermedades torácicas diferentes a través del análisis de imágenes de rayos X de los pulmones. El modelo ECDCNet comprendía una pila de cinco CNN: ResNet152V2, DenseNet121, Inceptionv3, Vogg19, y transformada Wavelet-CNN con varias arquitecturas e hiperparámetros para mejorar el rendimiento general de la predicción. El modelo propuesto aplicó la segmentación de imágenes para la región del pulmón utilizando el modelo U-Net para localizar y centrarse en el espacio relevante y facilitar la identificación de signos radiológicos específicos como nódulos, opacidades, cavidades y consolidación. Además, el estudio explotó tres estrategias de CNN en conjunto: votación promedio, votación por mayoría y una estrategia propuesta de CNN en conjunto llamada Estrategia de conjunto de métricas de rendimiento ponderado (WPME) para establecer los pesos de la etapa de predicción. La estrategia propuesta de WPME utilizó cuatro medidas de evaluación para evaluar la importancia de cada CNN base en el modelo de conjunto, incluida la precisión, la recuperación, la puntuación F1 y la precisión, para mejorar la predicción del modelo de conjunto. El modelo ECDCNet propuesto logró una precisión del 95,3, 95,8 y 96,1% en la votación promedio, la votación mayoritaria y la estrategia WPME en un conjunto de datos recopilados de 110804 imágenes para quince enfermedades torácicas. Además, logró una precisión del 97,9, 98,2 y 98,9% en la votación promedio, la votación mayoritaria y la estrategia WPME en otro conjunto de datos públicos de 13150 imágenes para tres enfermedades torácicas.Files
      
        jcssp.2023.1520.1540.pdf.pdf
        
      
    
    
      
        Files
         (982.1 kB)
        
      
    
    | Name | Size | Download all | 
|---|---|---|
| md5:5965ef20cface816c69aebe3d1bf12b5 | 982.1 kB | Preview Download | 
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مجموعة قوية من الشبكات العصبية الالتفافية لتشخيص أمراض الصدر
- Translated title (French)
- Un ensemble robuste de réseaux neuronaux convolutionnels pour le diagnostic des maladies thoraciques
- Translated title (Spanish)
- Un conjunto robusto de redes neuronales convolucionales para diagnosticar enfermedades torácicas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4388828738
- DOI
- 10.3844/jcssp.2023.1520.1540
            
              References
            
          
        - https://openalex.org/W1901129140
- https://openalex.org/W2038822457
- https://openalex.org/W2097117768
- https://openalex.org/W2162983381
- https://openalex.org/W2183341477
- https://openalex.org/W2194775991
- https://openalex.org/W2768980935
- https://openalex.org/W2771957153
- https://openalex.org/W2798251715
- https://openalex.org/W2809254203
- https://openalex.org/W2913061354
- https://openalex.org/W2914203365
- https://openalex.org/W2963446712
- https://openalex.org/W2963786238
- https://openalex.org/W3013277995
- https://openalex.org/W3028577876
- https://openalex.org/W3086675810
- https://openalex.org/W3099905444
- https://openalex.org/W3101156210
- https://openalex.org/W3103134232
- https://openalex.org/W3120013103
- https://openalex.org/W3120795911
- https://openalex.org/W3133078580
- https://openalex.org/W3135448683
- https://openalex.org/W3149839747
- https://openalex.org/W3155834344
- https://openalex.org/W3159748778
- https://openalex.org/W3166245641
- https://openalex.org/W3187599676
- https://openalex.org/W3197767853
- https://openalex.org/W3198276338
- https://openalex.org/W3198329757
- https://openalex.org/W3199942699
- https://openalex.org/W3201647683
- https://openalex.org/W3209181060
- https://openalex.org/W3213956318
- https://openalex.org/W4210546526
- https://openalex.org/W4220996395
- https://openalex.org/W4225278576
- https://openalex.org/W4282843038
- https://openalex.org/W4282944783
- https://openalex.org/W4283460380
- https://openalex.org/W4285603542
- https://openalex.org/W4289110764
- https://openalex.org/W4289132176
- https://openalex.org/W4292183903
- https://openalex.org/W4294069532
- https://openalex.org/W4294675761
- https://openalex.org/W4295900509
- https://openalex.org/W4296311345
- https://openalex.org/W4296336207
- https://openalex.org/W4297518055
- https://openalex.org/W4306291733
- https://openalex.org/W4306867081
- https://openalex.org/W4309548228
- https://openalex.org/W4311809802
- https://openalex.org/W4313584126
- https://openalex.org/W4318677156
- https://openalex.org/W4319158561
- https://openalex.org/W4323313312
- https://openalex.org/W4324055046
- https://openalex.org/W4360976770
- https://openalex.org/W4365143534
- https://openalex.org/W4377041365
- https://openalex.org/W4379207370