W obecnym badaniu wykorzystano U-Net i inne algorytmy głębokiego uczenia do segmentacji obrazu języka i porównano wyniki segmentacji w celu zbadania obiektywizacji diagnozy języka.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
W obecnym badaniu wykorzystano U-Net i inne algorytmy głębokiego uczenia do segmentacji obrazu języka i porównano wyniki segmentacji w celu zbadania obiektywizacji diagnozy języka.
Diagnoza języka jest podstawową techniką diagnozowania tradycyjnej medycyny chińskiej (TCM), a potrzeba obiektywizacji obrazów języka za pomocą technologii przetwarzania obrazu rośnie. Niniejsze badanie zawiera przegląd postępów poczynionych w zakresie obiektywizacji języka w ciągu ostatniej dekady i porównuje modele segmentacji. Konstruowane są różne modele głębokiego uczenia się w celu weryfikacji i porównywania algorytmów przy użyciu rzeczywistych zestawów obrazów języka. Analizowane są mocne i słabe strony każdego modelu. Wyniki wskazują, że algorytm U-Net przewyższa inne modele pod względem dokładności precyzji (PA), kompletności i wskaźników średniego przecięcia przez unię (MIoU). Jednak pomimo znacznego postępu w pozyskiwaniu i przetwarzaniu obrazów języka, nie ustalono jeszcze jednolitego standardu obiektywizacji diagnozy języka. Aby ułatwić powszechne stosowanie obrazów języka zarejestrowanych za pomocą urządzeń mobilnych w obiektywizacji diagnozy języka, dalsze badania mogłyby zająć się wyzwaniami związanymi z obrazami języka rejestrowanymi w złożonych środowiskach.
Obserwacja języka jest szeroko stosowaną techniką w tradycyjnej chińskiej medycynie etnicznej (TCM). Kolor i kształt języka może odzwierciedlać stan fizyczny i różne właściwości chorobowe, nasilenie i rokowania. Na przykład w tradycyjnej medycynie Hmongów kolor języka jest używany do określania temperatury ciała, np. czerwony lub fioletowy język wskazuje na czynniki patologiczne związane z upałem. W medycynie tybetańskiej stan ocenia się, obserwując język pacjenta, zwracając uwagę na kolor, kształt i wilgotność śluzu. Na przykład języki pacjentów z chorobą Heyi stają się czerwone i szorstkie lub czarne i suche1; pacjenci z chorobą Xieri2 mają żółte i suche języki; tymczasem pacjenci z chorobą Badakan3 mają biały, wilgotny i miękki język4. Obserwacje te ujawniają ścisły związek między cechami języka a fizjologią i patologią. Ogólnie rzecz biorąc, stan języka odgrywa istotną rolę w diagnozie, identyfikacji choroby i ocenie efektu leczenia.
Jednocześnie, ze względu na zróżnicowane warunki życia i praktyki żywieniowe wśród różnych grup etnicznych, widoczne są różnice w obrazach języka. Model laboratoryjny, opracowany na podstawie międzynarodowego standardu oznaczania barwy, został sformułowany przez Komisję Międzynarodową Eclairage (CIE) w 1931 roku. W 1976 roku wzór kolorystyczny został zmodyfikowany i nazwany. Model kolorów Lab składa się z trzech elementów: L odpowiada jasności, a a i b to dwa kanały kolorów. A obejmuje kolory od ciemnozielonego (niska wartość jasności) do szarego (średnia wartość jasności) do jasnoróżowego (wysoka wartość jasności); B przechodzi od jasnoniebieskiego (niska wartość jasności) przez szary (średnia wartość jasności) do żółtego (wysoka wartość jasności). Porównując wartości L x a x b koloru języka pięciu grup etnicznych, Yang i in.5 stwierdzili, że cechy wizerunków języków grup Hmong, Hui, Zhuang, Han i Mongolian znacznie się od siebie różniły. Na przykład Mongołowie mają ciemne języki z żółtym nalotem na języku, podczas gdy Hmongowie mają jasne języki z białym nalotem języka, co sugeruje, że cechy języka mogą być używane jako wskaźnik diagnostyczny do oceny stanu zdrowia populacji. Co więcej, obrazy języka mogą funkcjonować jako wskaźnik oceny medycyny opartej na dowodach w badaniach klinicznych medycyny etnicznej. On i wsp.6 wykorzystali obrazy języka jako podstawę do diagnozy TCM i systematycznie oceniali bezpieczeństwo i skuteczność granulek Chou-Ling-Dan (granulki CLD - stosowane w leczeniu chorób zapalnych i gorączkowych, w tym grypy sezonowej w TCM) w połączeniu z medycyną chińską i zachodnią. Wyniki ustaliły naukową ważność obrazów języka jako wskaźnika oceny w badaniach klinicznych. Niemniej jednak tradycyjni lekarze na ogół polegają na subiektywności w celu obserwacji cech języka i oceny stanów fizjologicznych i patologicznych pacjentów, co wymaga bardziej precyzyjnych wskaźników.
Pojawienie się internetu i technologii sztucznej inteligencji utorowało drogę do digitalizacji i obiektywizacji diagnozy języka. Proces ten polega na użyciu modeli matematycznych w celu zapewnienia jakościowego i obiektywnego opisu obrazów języka7, odzwierciedlając zawartość obrazu języka. Proces składa się z kilku etapów: akwizycji obrazu, kompensacji optycznej, korekcji kolorów i transformacji geometrycznej. Wstępnie przetworzone obrazy są następnie wprowadzane do modelu algorytmicznego w celu pozycjonowania i segmentacji obrazu, ekstrakcji cech, rozpoznawania wzorców itp. Wynikiem tego procesu jest wysoce wydajna i precyzyjna diagnoza danych obrazowych języka, osiągając w ten sposób cel obiektywizacji, kwantyfikacji i informatyzacji diagnozy języka8. W ten sposób osiąga się cel, jakim jest wysoka wydajność i wysoka precyzja przetwarzania danych diagnostycznych języka. Opierając się na wiedzy na temat diagnozy języka i technologii głębokiego uczenia, badanie to automatycznie oddzieliło ciało języka i powłokę języka od obrazów języka za pomocą algorytmu komputerowego, w celu wyodrębnienia ilościowych cech języka dla lekarzy, poprawy wiarygodności i spójności diagnozy oraz zapewnienia metod do późniejszych badań obiektywizujących diagnozę języka9.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
To badanie zostało zatwierdzone przez projekt Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych w Chinach, Konstruowanie reguł dynamicznej zmiany obrazu twarzy TCM na podstawie analizy skojarzeń. Numer zatwierdzenia etyczności to 2021KL-027, a komisja bioetyczna zatwierdziła badanie kliniczne do przeprowadzenia zgodnie z zatwierdzonymi dokumentami, które obejmują protokół badania klinicznego (2021.04.12, V2.0), świadomą zgodę (2021.04.12, V2.0), materiały rekrutacyjne (2021.04.12, V2.0), przypadki badań i/lub opisy przypadków, karty dzienniczka uczestnika i inne kwestionariusze (2021.04.12, V2.0), listę uczestników badania klinicznego, zatwierdzenie projektu badawczego itp. Uzyskano świadomą zgodę pacjentów biorących udział w badaniu. Głównym podejściem eksperymentalnym tego badania jest wykorzystanie rzeczywistych obrazów języka do walidacji i porównania efektów segmentacji modelu. Rysunek 1 przedstawia elementy obiektywizacji diagnozy języka.
1. Akwizycja obrazu
2. Segmentacja języka
3. Klasyfikacja języka
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby zobaczyć wyniki porównania, zobacz Rysunek 12, Rysunek 13 i Tabela 1, gdzie środowisko zbudowane przez to badanie wykorzystuje te same próbki do trenowania i testowania modelu algorytmu. Wskaźnik MIoU: U-Net > Seg-Net > PSPNet > DeeplabV3; Wskaźnik MPA: U-Net > Seg-Net > PSPNet > DeeplabV3; wskaźnik precyzji: U-Net > Seg-Net > DeeplabV3 > PSPNet; przypomnijmy: U-Net > Seg-Net > PSPNet > DeeplabV3. Im więks...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Na podstawie przedstawionych powyżej wyników porównania oczywiste jest, że charakterystyka czterech rozważanych algorytmów jest zróżnicowana, a ich wyraźne zalety i wady opisano poniżej. Struktura U-Net, oparta na modyfikacji i rozbudowie pełnej sieci konwolucyjnej, może uzyskiwać informacje kontekstowe i precyzyjne pozycjonowanie poprzez ścieżkę kurczenia się i symetryczną ścieżkę rozszerzania. Klasyfikując każdy punkt piksela, algorytm ten osiąga większą dokładność segmentacji i szybciej segmentuje obraz za pomocą wytr...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.
Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Przyrody Chin (grant nr 82004504), Narodowy Kluczowy Program Badawczo-Rozwojowy Ministerstwa Nauki i Technologii Chin (grant nr 2018YFC1707606), Administrację Medycyny Chińskiej Prowincji Syczuan (grant nr 2021MS199) oraz Narodową Fundację Przyrody Chin (grant nr 82174236).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Procesor: | Procesor Intel(R) Core™ i7-9700K | ||
| , karta graficzna | NVIDIA GeForce RTX 3070 Ti (8192MB) | ||
| Systemy operacyjne | : Microsoft Windows 10 Professional Edition (64-bitowy) | ||
| Język programowania | : Python | ||
| RAM | 16G |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie