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Enregistrement W7046097832

Computation-Efficient CNN System for High-Quality Lung Nodule Detection

2023· dissertation· en· W7046097832 sur OpenAlexfundno aff

Notice bibliographique

RevueSpectrum Research Repository (Concordia University) · 2023
Typedissertation
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueMagnetic confinement fusion research
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesConcordia UniversityCompute Canada
Mots-clésFilter (signal processing)Feature (linguistics)Noise (video)Field (mathematics)LimitingNucleofection
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Lung cancer diagnosis is a critical healthcare issue, and fully automated lung nodule detection is desirable for a timely diagnosis. However, due to the variability in shapes, sizes, textures, and locations in lung nodules, developing a computer vision system for this detection is a very challenging task. \nIn this thesis, a special CNN system is proposed for lung nodule detection. It consists of 2 stages, namely Stage A and Stage B. Stage A is designed to localize the nodule candidates, aiming at a high sensitivity in order to minimise the miss rate. Stage B is to identify the true nodules from the input samples. It can be used to identify falsely detected nodule samples from the output of Stage A, and also as a stand-alone lung nodule recognition system. \n In Stage A, there are three blocks, i.e., a pre-processing block, custom-design CNN block and refinement block. The core of this stage is the custom-designed and U-net-based CNN block. The filtering modules in its convolution layers are specifically designed to suit the features produced in these layers. To reduce the data loss in the first four layers, Full-ReLU is used as the activation function. Furthermore, the refinement block is placed to reduce effectively the false positive rate. The computation complexity of Stage A is very low, as its total number of trainable parameters is only 0.16 M. Stage A delivers a high detection rate of 95.38% but the false positive rate is still as high as 6.9 FPs/scan. The output data will be applied to Stage B for further processing. \nThe design of Stage B is focused on distinguishing between the true nodules and their look-likes. Based on our analysis on the characters carried by nodules of different sizes, we propose to have 2 networks in Stage B for large and small nodule categories, respectively. The feature extraction in the 2 CNNs should be different, one targeting the variations in object regions of large nodules and the other looking more into nodule surroundings in case of small nodules. Two CNNs have been designed and each of them has a particular multi-branch feature extraction (FE) block for the designated nodule category. Each CNN also involves fully-connected layers for classification. Stage B has been tested as a stand-alone lung nodule recognition system on LUNA 16 dataset. The results demonstrate that, with respect to similar systems found recently in literature, Stage B provides a good processing quality at a computation cost that is only a very small fraction of that needed by others. \nThe complete system for lung nodule detection, i.e., Stage A and Stage B combined, has also been tested with the same dataset. The results demonstrate the good functionality of the system. All these CNNs combined require 0.7M parameters, far less that other CNN systems performing the same task. \nIn summary, the proposed system has been custom-designed to optimize the computation efficiency, i.e., achieving a good detection quality at the lowest computation cost. To attain this goal, the design strategy is to decompose the complex task of lung nodule detection into subtasks so that the system can employs multiple simple CNNs, each performing a sub-task. In this way, each CNN can be structured to suit the characters of a particular kind of nodule data and optimised to meet specific performance requirements. The effectiveness of this strategy has been confirmed by the results of the performance evaluation. Because of its low computation cost, the proposed system can be very easily implemented in various environment.

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)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,007
Score d'incertitude au seuil0,024

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0070,002

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 Opus0,023
Tête enseignante GPT0,303
Écart entre enseignants0,280 · 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
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

Citations0
Publié2023
Routes d'admission1
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