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Enregistrement W3095304929 · doi:10.3389/frai.2021.598932

COVID-FACT: A Fully-Automated Capsule Network-Based Framework for Identification of COVID-19 Cases from Chest CT Scans

2021· preprint· en· W3095304929 sur OpenAlexafffund
Shahin Heidarian, Parnian Afshar, Nastaran Enshaei, Farnoosh Naderkhani, Moezedin Javad Rafiee, Faranak Babaki Fard, Kaveh Samimi, S. Farokh Atashzar, Anastasia Oikonomou, Konstantinos N. Plataniotis, Arash Mohammadi

Notice bibliographique

RevueFrontiers in Artificial Intelligence · 2021
Typepreprint
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueCOVID-19 diagnosis using AI
Établissements canadiensHealth Sciences CentreUniversity of TorontoMcGill University Health CentreSunnybrook Health Science CentreUniversité de MontréalConcordia University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaNational Science Foundation
Mots-clésCoronavirus disease 2019 (COVID-19)Convolutional neural networkArtificial intelligenceThresholdingComputer scienceSegmentationIdentification (biology)Pattern recognition (psychology)Gold standard (test)Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)RadiologyMedicineDiseasePathologyInfectious disease (medical specialty)Image (mathematics)Biology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The newly discovered Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) has been globally spreading and causing hundreds of thousands of deaths around the world as of its first emergence in late 2019. The rapid outbreak of this disease has overwhelmed health care infrastructures and arises the need to allocate medical equipment and resources more efficiently. The early diagnosis of this disease will lead to the rapid separation of COVID-19 and non-COVID cases, which will be helpful for health care authorities to optimize resource allocation plans and early prevention of the disease. In this regard, a growing number of studies are investigating the capability of deep learning for early diagnosis of COVID-19. Computed tomography (CT) scans have shown distinctive features and higher sensitivity compared to other diagnostic tests, in particular the current gold standard, i.e., the Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction (RT-PCR) test. Current deep learning-based algorithms are mainly developed based on Convolutional Neural Networks (CNNs) to identify COVID-19 pneumonia cases. CNNs, however, require extensive data augmentation and large datasets to identify detailed spatial relations between image instances. Furthermore, existing algorithms utilizing CT scans, either extend slice-level predictions to patient-level ones using a simple thresholding mechanism or rely on a sophisticated infection segmentation to identify the disease. In this paper, we propose a two-stage fully automated CT-based framework for identification of COVID-19 positive cases referred to as the “COVID-FACT”. COVID-FACT utilizes Capsule Networks, as its main building blocks and is, therefore, capable of capturing spatial information. In particular, to make the proposed COVID-FACT independent from sophisticated segmentations of the area of infection, slices demonstrating infection are detected at the first stage and the second stage is responsible for classifying patients into COVID and non-COVID cases. COVID-FACT detects slices with infection, and identifies positive COVID-19 cases using an in-house CT scan dataset, containing COVID-19, community acquired pneumonia, and normal cases. Based on our experiments, COVID-FACT achieves an accuracy of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="m1"><mml:mrow><mml:mn>90.82</mml:mn><mml:mtext>%</mml:mtext></mml:mrow></mml:math> , a sensitivity of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="m2"><mml:mrow><mml:mn>94.55</mml:mn><mml:mtext>%</mml:mtext></mml:mrow></mml:math> , a specificity of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="m3"><mml:mrow><mml:mn>86.04</mml:mn><mml:mtext>%</mml:mtext></mml:mrow></mml:math> , and an Area Under the Curve (AUC) of 0.98, while depending on far less supervision and annotation, in comparison to its counterparts.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,021
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMétarecherche, Méta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,811
Score d'incertitude au seuil0,999

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,021
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,091
Tête enseignante GPT0,388
Écart entre enseignants0,297 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations10
Publié2021
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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