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Enregistrement W4416570898 · doi:10.1038/s41598-025-28832-7

Deep Learning-Driven Early Diagnosis of Respiratory Diseases using CNN-RNN Fusion on Lung Sound Data

2025· article· en· W4416570898 sur OpenAlexaff
Thulasi Bikku, Satya Sree K.P.N.V., Srinivasarao Thota, Jeevana Jyothi Pujari, Raj Kumar Batchu, Pouria Mortezaagha, Malligunta Kiran Kumar, Raju Anitha

Notice bibliographique

RevueScientific Reports · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiquePhonocardiography and Auscultation Techniques
Établissements canadiensOttawa Hospital
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésRespiratory soundsConvolutional neural networkSupport vector machineDeep learningFeature (linguistics)Random forestPattern recognition (psychology)Recurrent neural networkWheeze

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

This research depicts a deep learning-based algorithm designed for lung sound analysis, which combines Convolutional Neural Network (CNN) and Recurrent Neural Network (RNN) architectures to improve early disease detection. With comprehensive datasets from Coswara and ICBHI, the algorithm is proficient in distinguishing a spectrum of respiratory diseases, including pneumonia, asthma, and Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD). Model pre-processing data with high pass filtering and segmented analysis of lung sound recordings, with Mel-spectrograms used as pivotal input features. The complete fusion model architecture integrates three CNN layers, three max-pooling layers, and two fully connected layers, the result is a feature map that highlights the presence of detected features, complemented by including two Long Short-Term Memory (LSTM) layers in the RNN component. The training process is devoted to the Adam optimizer alongside the cross-entropy loss function. Data augmentation techniques were applied to handle class imbalances and enhance model generalizability. The experimental results demonstrate high accuracy, sensitivity, specificity, and F1-score across various respiratory diseases. The performance metrics on the ICBHI dataset underscore the model's exceptional accuracy: 93.3% for healthy individuals, 93.8% for pneumonia patients, 91.7% for asthma patients, and 94.0% for COPD patients. The model outperforms alternative algorithms such as decision trees, support vector machines, and random forest regarding precision, recall, F1 score, and accuracy across the ICBHI and Coswara datasets. This noteworthy outcome positions the algorithm as an advanced and effective solution for progressing the domain of respiratory disease diagnosis through lung sound analysis. The model also provides interpretable visual explanations using Grad-CAM, along with confidence estimates, to enhance clinical trust.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
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: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,017

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
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 Opus0,038
Tête enseignante GPT0,336
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 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

Citations4
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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