Göğüs Röntgeni Görüntüleri ile Covid-19 Hastalığının Erken Teşhisine Yönelik Derin Transfer Öğrenme Yöntemlerinin Analizi

Bu çalışmada, X-ray görüntüleri kullanılarak Covid-19 hastalığının erken teşhisini belirlemek için derin transfer öğrenme modellerinin analizinin sunulması amaçlanmıştır. Bu amaçla ImageNet yarışmasında başarılı olan VGG-16, VGG-19, Inception V3 ve Xception derin transfer öğrenme modelleri Covid-19 hastalığının tespiti için kullanılmıştır. Ayrıca eğitim verileri için 280 göğüs röntgeni görüntüsü ve test verileri için 140 göğüs röntgeni görüntüsü kullanılmıştır. İstatistiksel analiz sonucunda en başarılı modelin Inception V3 (%92), sonraki başarılı modelin Xception (%91) olduğu ve VGG-16 ve VGG-19 modellerinin de aynı sonucu verdiği görülmüştür (%88). Covid-19 hastalığı teşhisi için önerilen derin öğrenme modelleri, test maliyetleri, test doğruluk oranı, personel iş yükü ve test sonuçları bekleme süresi gibi covid-19 hastalığı sorunlarının teşhisinde önemli avantajlar sunmaktadır.  

Analysis of Deep Transfer Learning Methods for Early Diagnosis of the Covid-19 Disease with Chest X-ray Images

This study aimed to present an analysis of deep transfer learning models to support the early diagnosis of Covid-19 disease using X-ray images. For this purpose, the deep transfer learning models VGG-16, VGG-19, Inception V3 and Xception, which were successful in the ImageNet competition, were used to detect Covid-19 disease. Also, 280 chest x-ray images were used for the training data, and 140 chest x-ray images were used for the test data. As a result of the statistical analysis, the most successful model was Inception V3 (%92), the next successful model was Xception (%91), and the VGG-16 and VGG-19 models gave the same result (%88). The proposed deep learning model offers significant advantages in diagnosing covid-19 disease issues such as test costs, test accuracy rate, staff workload, and waiting time for test results. 

___

  • [1] Z. Y. Zu, M. D. Jiang, P. P. Xu, W. Chen, Q. Q. Ni, G. M. Lu, and L. J. Zhang, “Coronavirus Disease 2019 (COVID-19): A perspective from China,” Radiology, vol. 296, pp. 15-25, 2020.
  • [2] T. Singhal, “Review on COVID19 disease so far,” Indian J. Pediatr., vol. 87, no. 5, pp. 281-286, 2020.
  • [3] A. Hamimi, “MERS-CoV: Middle East respiratory syndrome corona virus: can radiology be of help? Initial single center experience,” Egypt. J. Radiol. Nucl. Med., vol. 47, no. 1, pp. 95-106, 2016.
  • [4] D. Wu, K. Gong, C. D. Arru, F. Homayounieh, B. Bizzo, V. Buch, H. Ren, K. Kim, N. Neumark, P. Xu, Z. Liu, W. Fang, N. Xie, W. Y. Tak, S. Y. Park, Y. R. Lee, M. K. Kang, J. G. Park, A. Carriero, L. Saba, M. Masjedi, H. Talari, R. Babaei, H. K. Mobin, S. Ebrahimian, I. Dayan, M. K. Kalra, and Q. Li , “Severity and Consolidation Quantification of COVID-19 From CT Images Using Deep Learning Based on Hybrid Weak Labels,” IEEE J. Biomed. Heal. Informatics, vol. 24, no. 12, pp. 3529–3538, 2020.
  • [5] T. Ozturk, M. Talo, E. A. Yildirim, U. B. Baloglu, O. Yildirim, and U. Rajendra Acharya, “Automated detection of COVID-19 cases using deep neural networks with X-ray images,” Comput. Biol. Med., vol. 121, p. 103792, 2020.
  • [6] H. X. Bai, B. Hsieh, Z. Xiong, K. Halsey, J. W. Choi, T. M. L. Tran, I. Pan, L. -B. Shi, D. -C. Wang, J. Mei, X. Jiang, Q. -H. Zeng, T. K. Egglin, P. Hu, S. Agarwal, F. -F. Xie, S. Li, T. Healey, M. K. Atalay, and W. -H. Liao, “Performance of radiologists in differentiating COVID-19 from non COVID-19 viral pneumonia at chest CT,” Radiology, vol. 296, no. 2, pp. 46-54, 2020.
  • [7] T. Nihashi, T. Ishigaki, H. Satake, S. Ito, O. Kaii, Y. Mori, K. Shimamoto, H. Fukushima, K. Suzuki, H. Umakoshi, M. Ohashi, F. Kawaguchi, and S. Naganawa, “Monitoring of fatigue in radiologists during prolonged image interpretation using fNIRS,” Jpn. J. Radiol., vol. 37, no. 6, pp. 437-448, 2019.
  • [8] L. Salvador-Carulla, S. Rosenberg, J. Mendoza, H. Tabatabaei-Jafari, and P.-M. H. I. Network, “Rapid response to crisis: Health system lessons from the active period of COVID-19,” Heal. Policy Technol., vol.9, no. 4, pp. 578-586, 2020.
  • [9] A. A. Ardakani, A. R. Kanafi, U. R. Acharya, N. Khadem, and A. Mohammadi, “Application of deep learning technique to manage COVID-19 in routine clinical practice using CT images: Results of 10 convolutional neural networks,” Comput. Biol. Med., vol. 121, p. 103795, 2020.
  • [10] W. K. Silverstein, L. Stroud, G. E. Cleghorn, and J. A. Leis, “First imported case of 2019 novel coronavirus in Canada, presenting as mild pneumonia,” Lancet, vol. 395, p. 734, 2020.
  • [11] S. Belciug, S.-I. Bejinariu, and H. Costin, “An Artificial Immune System Approach for a Multi-compartment Queuing Model for Improving Medical Resources and Inpatient Bed Occupancy in Pandemics,” Adv. Electr. Comput. Eng., vol. 20, no. 3, pp. 23-30, 2020.
  • [12] G. E. Güraksın, S. Barın, E. Özgül, and K. Furkan, “COVID-19 diagnosis using deep learning,” Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknol. Derg., vol. 9, no. 3, pp. 8-23, 2021.
  • [13] M. A. AlMulla, “Location-based Expert System for Diabetes Diagnosis,” Kuwait J. Sci., vol. 48, no. 1, pp. 67-77, 2021.
  • [14] S. B. Desai, A. Pareek, and M. P. Lungren, “Deep learning and its role in COVID-19 medical imaging,” Intell. Med., vol. 3, p. 100013, 2020.
  • [15] K. bıçakcı and V. tunalı, “COVID-19 prediction from Chest X-Ray images using transfer learning,” Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknol. Derg., vol. 9, no. 4, pp. 1395-1407, 2021.
  • [16] Y. Pathak, P. K. Shukla, A. Tiwari, S. Stalin, S. Singh, and P. K. Shukla, “Deep Transfer Learning Based Classification Model for COVID-19 Disease,” IRBM, vol. 43, no. 2, pp. 87-92, 2022.
  • [17] L. Brunese, F. Mercaldo, A. Reginelli, and A. Santone, “Explainable deep learning for pulmonary disease and coronavirus COVID-19 detection from X-rays,” Comput. Methods Programs Biomed., vol. 196, p. 105608, 2020.
  • [18] H. Panwar, P. K. Gupta, M. K. Siddiqui, R. Morales-Menendez, and V. Singh, “Application of deep learning for fast detection of COVID-19 in X-Rays using nCOVnet,” Chaos, Solitons and Fractals, vol. 138, p. 109944, 2020.
  • [19] T. B. Alakus and I. Turkoglu, “Comparison of deep learning approaches to predict COVID-19 infection,” Chaos, Solitons and Fractals, vol. 140, p. 110120, 2020.
  • [20] S. Minaee, R. Kafieh, M. Sonka, S. Yazdani, and G. Jamalipour Soufi, “Deep-COVID: Predicting COVID-19 from chest X-ray images using deep transfer learning,” Med. Image Anal., vol. 65, p. 101794, 2020.
  • [21] A. I. Khan, J. L. Shah, and M. M. Bhat, “CoroNet: A deep neural network for detection and diagnosis of COVID-19 from chest x-ray images,” Comput. Methods Programs Biomed., vol. 196, p. 105581, 2020.
  • [22] J. P. Cohen, P. Morrison, L. Dao, K. Roth, T. Q. Duong, and M. Ghassemi, “Covid-19 image data collection: Prospective predictions are the future,” 2020, arXiv Prepr. arXiv2006.11988, 2020.
  • [23] N. K. Chowdhury, M. M. Rahman, and M. A. Kabir, “PDCOVIDNet: a parallel-dilated convolutional neural network architecture for detecting COVID-19 from chest X-ray images,” Heal. Inf. Sci. Syst., vol. 8, no. 1, pp. 1-14, 2020.
  • [24] R. Al-Hmouz, “Deep learning autoencoder approach: Automatic recognition of artistic Arabic calligraphy types,” Kuwait J. Sci., vol. 47, no. 3, 2020.
  • [25] Y. LeCun, Y. Bengio, and G. Hinton, “Deep learning,” Nature, vol. 521, no. 7553, pp. 436- 444, 2015.
  • [26] A. Sufian, A. Ghosh, A. S. Sadiq, and F. Smarandache, “A survey on deep transfer learning to edge computing for mitigating the COVID-19 pandemic,” J. Syst. Archit., vol. 108, p. 101830, 2020.
  • [27] X. Bai, X. Wang, X. Liu, Q. Liu, J. Song, N. Sebe, and B Kim, “Explainable Deep Learning for Efficient and Robust Pattern Recognition: A Survey of Recent Developments,” Pattern Recognit., vol. 120 p. 108102, 2021.
  • [28] Y. Liang, W. Peng, Z.-J. Zheng, O. Silvén, and G. Zhao, “A hybrid quantum–classical neural network with deep residual learning,” Neural Networks, vol. 143, pp. 133-147, 2021.
  • [29] S. Akcay and T. Breckon, “Towards automatic threat detection: A survey of advances of deep learning within X-ray security imaging,” Pattern Recognit., vol. 122, p. 108245, 2021.
  • [30] H. Shin, H. Roth, M. Gao, L. Lu, Z. Xu, I. Nogues, J. Yao, D. Mollura, and R. M. Summers, “Deep convolutional neural networks for computer-aided detection: CNN architectures, dataset characteristics and transfer learning,” IEEE Trans. Med. Imaging, vol. 35, no. 5, pp. 1285-1298, 2016.
  • [31] A. Kumar, J. Kim, D. Lyndon, M. Fulham, and D. Feng, “An ensemble of fine-tuned convolutional neural networks for medical image classification,” IEEE J. Biomed. Heal. informatics, vol. 21, no. 1, pp. 31-40, 2016.
  • [32] O. Russakovsky, J. Deng, H. Su, J. Krause, S. Satheesh, S. Ma, Z. Huang, A. Karpathy, A. Khosla, M. Bernstein, A. C. Berg, and L. Fei-Fei, “ImageNet large scale visual recognition challenge,” Int. J. Comput. Vis., vol. 115, no. 3, pp. 211-252, 2015.
  • [33] J. Deng, W. Dong, R. Socher, L. -J. Li, Kai Li and Li Fei-Fei, "ImageNet: A large-scale hierarchical image database," In 2009 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2009, pp. 248-255.
  • [34] C. Szegedy, W. Liu, Y. Jia, P. Sermanet, S. Reed, D. Anguelov, D. Erhan, V. Vanhoucke, and A. Rabinovich, “Going deeper with convolutions,” Proc. IEEE Comput. Soc. Conf. Comput. Vis. Pattern Recognit., vol. 07-12-June, pp. 1–9, 2015.
  • [35] R. A. Aral, Ş. R. Keskin, M. Kaya, and M. Hacıömeroğlu, “Classification of trashnet dataset based on deep learning models,” in 2018 IEEE International Conference on Big Data (Big Data), pp. 2058–2062, 2018.
  • [36] F. Chollet, “Xception: Deep learning with depthwise separable convolutions,” Proc. - 30th IEEE Conf. Comput. Vis. Pattern Recognition, CVPR 2017, vol. 2017-Janua, pp. 1800–1807, 2017.
Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Sayıdaki Diğer Makaleler

Türkiye’deki Astronomik Gözlemevlerinin Kuruluş Yerlerinin Bulanık AHS ile Değerlendirilmesi

Gizem Dilan BOZTAŞ, Ersin KARMAN, Cahit YEŞİLYAPRAK

Alüminyum 6061-T651 Alaşımının Kaplamalı Kesici Uçlarla Frezelenmesinde Kesici Takım Aşınmasının Optimizasyonu

Berat Serhat BEKTAŞ, Gürcan SAMTAŞ

Bulut Bilişim Güvenliği İçin Kullanılan Makine Öğrenimi Yöntemleri Üzerine Bir Derleme

Bilge Kağan YAZAR, Sedat AKLEYLEK, Erdal KILIÇ

Betonarme Karma Taşıyıcı Sistemlerin TBDY 2018 ve ASCE 41- 17’ye Göre Doğrusal Olmayan Hesap Yöntemleri ile Performans Analizi ve Elde Edilen Sonuçların Karşılaştırması

Rohullah JAMAL, S. Bahadır YÜKSEL

Sakarya İlinde Mısır Yetiştiren Üreticilerin Yabancı Otlar ve Mücadelesi Konusunda Yaşadığı Sorunlar

Saliha Gözde AĞDACI, Zübeyde Filiz ARSLAN

Elektro-Hidrolik Kol Sistemi için Lyapunov Tabanlı Gözlemci Tasarımı

Mithat ONDER, Alper BAYRAK, Serkan AKSOY

Bayburt İli Hava Kirliliğinin İstatistiksel Yöntemlerle Analizi

Gökçen ERYILMAZ TÜRKKAN, Hanefi BAYRAKTAR, Tuğçe HIRCA

Havuz Fotopolimerizasyonu (HFP) ile Eklemeli İmalat

Ümit Gencay BAŞCI, Rıdvan YAMANOĞLU

Gaz Beton Dolgu Duvar Pencere Boşluklarının Betonarme Çerçeve Davranışına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Anıl ŞEN, Batuhan AYKANAT, Mehmet Emin ARSLAN

Dağınık Planlı Kent Dışı Genç Üniversite Yerleşkelerinde Büyüme ve Gelişme: Düzce Üniversitesi Konuralp Yerleşkesi Örneği

Zelihan GÜNEŞ, Duygu GÖKÇE