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Enregistrement W3151806267 · doi:10.14288/1.0398233

The Effectiveness of Image Augmentation in Deep Learning Networks for Detecting COVID-19 : A Geometric Transformation Perspective

2021· article· en· W3151806267 sur OpenAlexaff
Mohamed Elgendi, Muhammad Umer Nasir, Qunfeng Tang, David L. Smith, John‐Paul Grenier, Catherine Batte, Bradley Spieler, William D. Leslie, Carlo Menon, Richard Ribbon Fletcher, Newton Howard, Rabab Ward, William Parker, Savvas Nicolaou

Notice bibliographique

RevueRepository for Publications and Research Data (ETH Zurich) · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueCOVID-19 diagnosis using AI
Établissements canadiensSimon Fraser UniversityUniversity of British ColumbiaVancouver General HospitalUniversity of Manitoba
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésOverfittingDeep learningArtificial intelligenceComputer scienceTransformation (genetics)Coronavirus disease 2019 (COVID-19)Machine learningTraining setArtificial neural networkImage (mathematics)Geometric transformationBig dataPattern recognition (psychology)Data miningMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Chest X-ray imaging technology used for the early detection and screening of COVID-19 pneumonia is both accessible worldwide and affordable compared to other non-invasive technologies. Additionally, deep learning methods have recently shown remarkable results in detecting COVID-19 on chest X-rays, making it a promising screening technology for COVID-19. Deep learning relies on a large amount of data to avoid overfitting. While overfitting can result in perfect modeling on the original training dataset, on a new testing dataset it can fail to achieve high accuracy. In the image processing field, an image augmentation step (i.e., adding more training data) is often used to reduce overfitting on the training dataset, and improve prediction accuracy on the testing dataset. In this paper, we examined the impact of geometric augmentations as implemented in several recent publications for detecting COVID-19. We compared the performance of 17 deep learning algorithms with and without different geometric augmentations. We empirically examined the influence of augmentation with respect to detection accuracy, dataset diversity, augmentation methodology, and network size. Contrary to expectation, our results show that the removal of recently used geometrical augmentation steps actually improved the Matthews correlation coefficient (MCC) of 17 models. The MCC without augmentation (MCC = 0.51) outperformed four recent geometrical augmentations (MCC = 0.47 for Data Augmentation 1, MCC = 0.44 for Data Augmentation 2, MCC = 0.48 for Data Augmentation 3, and MCC = 0.49 for Data Augmentation 4). When we retrained a recently published deep learning without augmentation on the same dataset, the detection accuracy significantly increased, with a χ 2 McNemar′s statistic = 163.2 and a p-value of 2.23 × 10−37. This is an interesting finding that may improve current deep learning algorithms using geometrical augmentations for detecting COVID-19. We also provide clinical perspectives on geometric augmentation to consider regarding the development of a robust COVID-19 X-ray-based detector.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,011
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,016

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,011
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

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 Opus0,101
Tête enseignante GPT0,451
Écart entre enseignants0,350 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

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

En bref

Citations0
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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