Гибритный метод анализа изображений на основе технологий искусственного интеллекта и нечетких множеств

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается разработка прототипа гибридной интеллектуальной системы для анализа изображений на примере задачи диагностики и стадирования диабетической ретинопатии – осложнения сахарного диабета, характеризующееся повреждением сосудов сетчатки глаза. В результате хронически повышенного уровня глюкозы в крови происходит нарушение микроциркуляции, что вызывает развитие микроаневризм, экссудации, кровоизлияний и в тяжелых случаях неоваскуляризации. Это может привести к ухудшению зрения и в конечном итоге к слепоте при отсутствии своевременного лечения. Выявление и стадирование заболевания происходит с помощью анализа фотографических изображений глазного дна (фундус-снимков). Проведен обзор по теме исследования, рассмотрены преимущества гибридных интеллектуальных систем в сравнении с решениями, основанными на применение одной технологии. Описаны шаги создания системы, сочетающей в себе совместное использование классических методов компьютерного зрения, искусственных нейронных сетей, элементов теории нечеткой логики и методов объяснительного искусственного интеллекта. С помощью комбинированной архитектуры программного решения удалось добиться гибкости в вопросах применимости критериев стадирования заболевания, что говорит о широких перспективах подобного решения в диагностике иных заболеваний с логически формализуемыми критериями.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Аверкин

Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова

Автор, ответственный за переписку.
Email: averkin2003@inbox.ru
Россия, Москва

Е. Н. Волков

Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова

Email: averkin2003@inbox.ru
Россия, Москва

С. А. Ярушев

Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова

Email: averkin2003@inbox.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Volkov E.N., Averkin A.N. Explainable Artificial Intelligence in Medical Image Analysis: State of the Art and Prospects // XXVI Intern. Conf. on Soft Computing and Measurements (SCM). IEEE, 2023. P. 134–137. https://doi.org/10.1109/SCM58628.2023.10159033
  2. Averkin A.N., Volkov E.N., Yarushev S.A. Possibilities of application of neuro-fuzzy networks for ophthalmologic image classification // Pattern Recognition Image Analysis. 2024. V. 34. № 3. P. 610–616. https://doi.org/10.1134/S1054661824700421
  3. Averkin A.N., Volkov E.N., Yarushev S.A. Explainable artificial intelligence in deep learning neural nets-based digital images analysis //J. Comp. Systems Sci. Int. 2024. V. 63. № 1. P. 175–203. https://doi.org/10.1134/S1064230724700138
  4. Рыжов А.П. О качестве классификации объектов на основе нечетких правил // Интеллектуальные системы. 2005. Т. 9. С. 253–264.
  5. Krzywicki T., Brona P., Zbrzezny A.B. et al. A global review of publicly available datasets containing fundus images: characteristics, barriers to access, usability, and generalizability //J. Clin. Med. 2023. V. 12. № 10. P. 3587. https://doi.org/10.3390/jcm12103587
  6. Jha D., Smedsrud P.H., Riegler M.A. et al. Resunet++: an advanced architecture for medical image segmentation // IEEE Intern. Sympos. Multimedia (ISM). 2019. P. 225–2255.
  7. Van der Velden B.H.M., Kuijf B.H., Gilhuijs H.J. et al. Explainable artificial intelligence (XAI) in deep learning-based medical image analysis // Med. Image Analysis. 2022. V. 79. P. 102470. https://doi.org/10.1016/j.media.2022.102470
  8. Qian J., Li H., Wang J. et al. Recent advances in explainable artificial intelligence for magnetic resonance imaging // Diagnostics. 2023. V. 13. № 9. P. 1571. https://doi.org/10.3390/diagnostics13091571
  9. Volkov E.N., Averkin A.N. Possibilities of explainable artificial intelligence for glaucoma detection using the LIME method as an example // XXVI Intern. Conf. on Soft Computing and Measurements (SCM). IEEE: Saint-Petersburg, 2023. P. 130–133. https://doi.org/10.1109/SCM58628.2023.10159038
  10. Saeed W., Omlin C. Explainable Ai (Xai): a systematic meta-survey of current challenges and future opportunities // Knowledge-Based Systems. 2023. V. 263. P. 110273. https://doi.org/10.1016/j.knosys.2023.110273
  11. Clement T., Kemmerzell N., Abdelaal M. et al. XAIR: a systematic metareview of explainable AI (XAI) aligned to the software development process // Mach. Lear. Knowledge Extraction. 2023. V. 5. № 1. P. 78–108. https://doi.org/10.3390/make5010006
  12. Selvaraju R.R., Cogswell M., Das A. et al. Grad-cam: visual explanations from deep networks via gradient-based localization // Proc. IEEE Intern. Conf. on Computer Vision. Venice, 2017. P. 618–626.
  13. Zhou B., Khosla A., Lapedriza A. et al. Learning deep features for discriminative localization // Proc. IEEE Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition. Las Vegas, 2016. P. 2921–2929.
  14. Cheng B., Girshick R., Dollar P. et al. Boundary IoU: improving object-centric image segmentation evaluation // Proc. IEEE/CVF Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition. Nashville, USA. 2021. P. 15334–15342.
  15. Zhao R., Qian B., Zhang X. et al. Rethinking dice loss for medical image segmentation // IEEE Intern. Conf. on Data Mining (ICDM). Sorrento, Italy. IEEE, 2020. P. 851–860. https://doi.org/10.1109/ICDM50108.2020.00094
  16. Hehn T., Kooij J., Gavrila D. Fast and compact image segmentation using instance stixels // IEEE Transactions on Intelligent Vehicles. 2021. V. 7. № 1. P. 45–56. https://doi.org/10.1109/TIV.2021.3067223

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Признаки диабетической ретинопатии на снимке глазного дна.

Скачать (241KB)
3. Рис. 2. Структура гибридной интеллектуальной системы диагностики диабетической ретинопатии.

Скачать (387KB)
4. Рис. 3. Фундус-изображения в цветовых каналах RGB-диапазона (собственные данные).

Скачать (95KB)
5. Рис. 4. Результаты применения фильтра CLAHE (собственные данные).

Скачать (101KB)
6. Рис. 5. Примеры изображений набора данных APTOS2019.

Скачать (103KB)
7. Рис. 6. Примеры изображений наборов данных для сегментации: первая строка – FDGAR, вторая строка – IDRID, столбцы – маски классов.

Скачать (168KB)
8. Рис. 7. Архитектура EfficentNetB0.

Скачать (245KB)
9. Рис. 8. Архитектура CenterNet.

Скачать (202KB)
10. Рис. 9. Архитектура ResUNet++ [3].

Скачать (673KB)
11. Рис. 10. Поверхность принятия диагностического решения для стадии диабетической ретинопатии – НПР (собственные данные).

Скачать (253KB)
12. Рис. 11. Результаты сегментации с помощью ResUnet++ (собственные данные).

Скачать (114KB)

© Российская академия наук, 2025