Lung pneumonia severity scoring in chest X-ray images using transformers

概化理论 计算机科学 胸片 适应性 人工神经网络 均方误差 人工智能 机器学习 射线照相术 数据挖掘 模式识别(心理学) 医学 放射科 统计 内科学 数学 生态学 生物
作者
Bouthaina Slika,Fadi Dornaika,Hamid Merdji,Karim Hammoudi
出处
期刊:Medical & Biological Engineering & Computing [Springer Science+Business Media]
卷期号:62 (8): 2389-2407 被引量:2
标识
DOI:10.1007/s11517-024-03066-3
摘要

Abstract To create robust and adaptable methods for lung pneumonia diagnosis and the assessment of its severity using chest X-rays (CXR), access to well-curated, extensive datasets is crucial. Many current severity quantification approaches require resource-intensive training for optimal results. Healthcare practitioners require efficient computational tools to swiftly identify COVID-19 cases and predict the severity of the condition. In this research, we introduce a novel image augmentation scheme as well as a neural network model founded on Vision Transformers (ViT) with a small number of trainable parameters for quantifying COVID-19 severity and other lung diseases. Our method, named Vision Transformer Regressor Infection Prediction (ViTReg-IP), leverages a ViT architecture and a regression head. To assess the model’s adaptability, we evaluate its performance on diverse chest radiograph datasets from various open sources. We conduct a comparative analysis against several competing deep learning methods. Our results achieved a minimum Mean Absolute Error (MAE) of 0.569 and 0.512 and a maximum Pearson Correlation Coefficient (PC) of 0.923 and 0.855 for the geographic extent score and the lung opacity score, respectively, when the CXRs from the RALO dataset were used in training. The experimental results reveal that our model delivers exceptional performance in severity quantification while maintaining robust generalizability, all with relatively modest computational requirements. The source codes used in our work are publicly available at https://github.com/bouthainas/ViTReg-IP . Graphical abstract
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