Explorando Arquiteturas de Redes Neurais Profundas na Classificação de Imagens de Cariótipos Humanos

  • Francisco das C. Imperes Filho UFPI
  • Vinicius P. Machado UFPI
  • Semiramis J. H. do Monte UFPI
  • Alan R. F. dos Santos UFPI
  • Leonardo P. de Sousa UFPI
  • Adalberto S. da Silva UFPI
  • Ester M. Pereira UFPI
  • Rodrigo de M. S. Veras UFPI

Resumo


A análise cromossômica, uma prática clinicamente crucial realizada tradicionalmente por geneticistas, pode ser suscetível à fadiga ao longo do tempo, afetando a qualidade dos diagnósticos. Neste artigo, exploramos a classificação automatizada de imagens de cromossomos por meio de diversas arquiteturas de redes neurais profundas. Avaliamos 23 pares de cromossomos humanos em uma tarefa multiclasse, revelando resultados promissores. Destacam-se os desempenhos superiores da arquitetura DenseNet169, alcançando uma acurácia, precisão, recall e F1-Score de 98,77%. O índice de concordância Kappa atingiu um nível ”Excelente”(0,99), enquanto um baixo desvio padrão (0,002) ressaltou a consistência das métricas, conferindo confiabilidade e previsibilidade ao modelo proposto.

Referências

Abid, F. and Hamami, L. (2018). A survey of neural network based automated systems for human chromosome classification. Artificial Intelligence Review, 49:41–56.

Anh, L., Thanh, V., Son, N., Phuong, D. K., Anh, L., Ram, T., Minh, B., Tung, H., Thinh, N., Ha, V., and Ha, M. (2022). Efficient type and polarity classification of chromosome images using cnns: a primary evaluation on multiple datasets. In 2022 IEEE Ninth International Conference on Communications and Electronics (ICCE), pages 400–405.

Chollet, F. (2017). Xception: Deep learning with depthwise separable convolutions.

He, K., Zhang, X., Ren, S., and Sun, J. (2016). Deep residual learning for imagere cognition. In 2016 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), IEEE Computer Society:770–778.

Hsu, C.-Y. and Li, W. (2023). Explainable geoai: can saliency maps help interpret artificial intelligence’s learning process? an empirical study on natural feature detection. 37(5):963–987.

Huang, G., Liu, Z., and Van Der Maaten, L. and0 andWeinberger, K. Q. (2017). Densely connected convolutional networks. In Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, page 4700–4708.

Izadyyazdanabadi, M., Belykh, E., Mooney, M., Martirosyan, N., Eschbacher, J., Nakaji, P., Preul, M. C., and Yang, Y. (2018). Convolutional neural networks: ensemble modeling, fine-tuning and unsupervised semantic localization for neurosurgical cle images. 54.

Kornblith, S., Shlens, J., and Le, Q. V. (2019). Do better imagenet models transfer better? Computer Vision and Pattern Recognition (cs.CV), 1:2661–2671.

Lin, C., Chen, H., Huang, J., Peng, J., Guo, L., Yang, Z., Du, J., Li, S., Yin, A., and Zhao, G. (2022). Chromosomenet: A massive dataset enabling benchmarking and building basedlines of clinical chromosome classification. Computational Biology and Chemistry, 100:107731.

Moon, W. K., Lee, Y.-W., Ke, H.-H., Lee, S. H., Huang, C.-S., and Chang, R.-F. (2020). Computer-aided diagnosis of breast ultrasound images using ensemble learning from convolutional neural networks. Computer Methods and Programs in Biomedicine, 190:105361.

Perez, L. and Wang, J. (2017). The effectiveness of data augmentation in image classification using deep learning. Computer Vision and Pattern Recognition (cs.CV).

Russakovsky, O., Deng, J., Su, H., Krause, J., Satheesh, S., Ma, S., Huang, Z., Karpathy, A., Khosla, A., and Bernstein, M. (2015). Imagenet large scale visual recognition challenge. International Journal of Computer Vision, 115(3), page 211–252.

Santos, F., Veras, R., Santos, E., Claro, M., Vogado, L. H., Ito, M., and Bianchi, A. (2021). Uma avaliação de arquiteturas de aprendizado profundo para a classificação de Úlceras do pé diabético. In Anais do XXI Simpósio Brasileiro de Computação Aplicada à Saúde, pages 323–334, Porto Alegre, RS, Brasil. SBC.

Saranya, S. and Lakshmi, S. (2023). Classification of chromosomes to diagnose chromosomal abnormalities using cnn. In 2023 International Conference on Artificial Intelligence and Knowledge Discovery in Concurrent Engineering (ICECONF), pages 1–5.

Simonyan, K. and Zisserman, A. (2014). Very deep convolutional networks for large-scale image recognition. Computer Vision and Pattern Recognition (cs.CV), 1.

Sokolova, M. and Lapalme, G. (2009). A systematic analysis of performance measures for classification tasks. Information Processing Management, 45(4):427–437.

Szegedy, C., Vanhoucke, V., Ioffe, S., Shlens, J., and Wojna, Z. (2016). Rethinking the inception architecture for computer vision. In Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, page 2818–2826.

Tan, M. and Le, Q. V. (2021). Efficientnetv2: Smaller models and faster training. Computer Vision and Pattern Recognition (cs.CV) (ICML 2021), 1.

Vogado, L., Veras, R., Aires, K., A. F., Silva, R., Ponti, M., and Tavares, J. M. R. (2021). Diagnosis of leukaemia in blood slides based on a fine-tuned and highly generalisable deep learning model. Sensors, 21(9), page 2989–2989.

Xia, C., Wang, J., Qin, Y., Wen, J., Liu, Z., Song, N., Wu, L., Chen, B., Gu, Y., and Yang, J. (2023). Karyonet: Chromosome recognition with end-to-end combinatorial optimization network. IEEE Transactions on Medical Imaging, 42(10):2899–2911.
Publicado
25/06/2024
IMPERES FILHO, Francisco das C.; MACHADO, Vinicius P.; MONTE, Semiramis J. H. do; SANTOS, Alan R. F. dos; SOUSA, Leonardo P. de; SILVA, Adalberto S. da; PEREIRA, Ester M.; VERAS, Rodrigo de M. S.. Explorando Arquiteturas de Redes Neurais Profundas na Classificação de Imagens de Cariótipos Humanos. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE COMPUTAÇÃO APLICADA À SAÚDE (SBCAS), 24. , 2024, Goiânia/GO. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, 2024 . p. 615-626. ISSN 2763-8952. DOI: https://doi.org/10.5753/sbcas.2024.2798.

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