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基于深度学习算法联合Grad-CAM的宫腔镜子宫内膜病变诊断模型研究
曹明亮;尹蜜;王庆彬;朱汉峰;李星;张珺;毛林;穆雪峰;曹敏;马于涛;王健;张燕;
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(1. 武汉大学人民医院妇产科;2. 华中师范大学计算机学院;3. 武汉大学计算机学院)
摘要:
目的:探讨基于深度学习(DL)算法联合可视化技术梯度加权类激活热图(Grad-CAM)开发的宫腔镜子宫内膜病变诊断模型的有效性。方法:选择2021年6月1日至2022年12月31日在武汉大学人民医院妇科行宫腔镜检查的291例患者的303段宫腔镜视频(4781张图像),采用权重采样的方法,将数据集划分为训练集(3703张)和测试集(1078张)。在对训练集用于模型学习与训练后,选择残差神经网络(ResNet18)和高效神经网络(EfficientNet-B0)两种模型架构对测试集分别采用五类和二类分类任务进行模型验证。以病理组织学为金标准,评估其诊断效能,从而选出最优模型,并将Grad-CAM层嵌入最优模型中,输出宫腔镜图像Grad-CAM。结果:(1)在五类分类任务中,EfficientNet-B0模型的准确度(93.23%)高于ResNet18模型(84.23%);EfficientNet-B0模型在诊断无不典型性子宫内膜增生、子宫内膜息肉、子宫内膜癌、子宫内膜非典型增生、黏膜下肌瘤5种疾病的曲线下面积(AUC)均稍高于ResNet18模型,两者的AUC几乎都在0.980以上。(2)在准确度的二类分类任务中和对特异度的评估中,两种模型相似,均在93.00%以上,而EfficientNet-B0模型敏感度(91.14%)明显优于ResNet18模型(77.22%)。(3)EfficientNet-B0模型联合Grad-CAM算法可识别出图像中异常区域,取活检经病理检查证实,模型输出热力图中标记区域约95%为病灶区域。结论:EfficientNet-B0模型联合Grad-CAM研发的宫腔镜诊断模型具有较高的诊断准确度、敏感度和特异度,在诊断子宫内膜病变方面具有应用价值。
关键词:  宫腔镜  子宫内膜癌  卷积神经网络  梯度加权类激活热图  深度学习  
DOI:
基金项目:武汉大学人民医院2022年度交叉创新人才项目(编号:JCRCZN-2022-009);
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Abstract:
Key words:  

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