Respiratory diseases kill million of people each year. Diagnosis of these pathologies is a manual, time-consuming process that has inter and intra-observer variability, delaying diagnosis and treatment. The recent COVID-19 pandemic has demonstrated the need of developing systems to automatize the diagnosis of pneumonia, whilst Convolutional Neural Network (CNNs) have proved to be an excellent option for the automatic classification of medical images. However, given the need of providing a confidence classification in this context it is crucial to quantify the reliability of the model's predictions. In this work, we propose a multi-level ensemble classification system based on a Bayesian Deep Learning approach in order to maximize performance while quantifying the uncertainty of each classification decision. This tool combines the information extracted from different architectures by weighting their results according to the uncertainty of their predictions. Performance of the Bayesian network is evaluated in a real scenario where simultaneously differentiating between four different pathologies: control vs bacterial pneumonia vs viral pneumonia vs COVID-19 pneumonia. A three-level decision tree is employed to divide the 4-class classification into three binary classifications, yielding an accuracy of 98.06% and overcoming the results obtained by recent literature. The reduced preprocessing needed for obtaining this high performance, in addition to the information provided about the reliability of the predictions evidence the applicability of the system to be used as an aid for clinicians.


翻译:每年有数百万人死于呼吸系统疾病。对这些病症的诊断是一个人工、耗时过程,具有观察者之间和内部的变异性,延迟诊断和治疗。最近的COVID-19大流行表明,需要开发肺炎诊断自动化系统,而进化神经网络(CNNs)已证明是医疗图像自动分类的极好选择。然而,鉴于在这方面需要提供信任分类,因此必须量化模型预测的可靠性。在这项工作中,我们提议采用基于巴伊西亚深层学习方法的多层次混合分类系统,以便在量化每项分类决定的不确定性的同时最大限度地提高业绩。这一工具结合了从不同结构中提取的信息,根据预测的不确定性对其结果进行加权。对巴伊西亚网络的性能进行了实际评估,同时区分四种不同的病理:控制对细菌肺炎和病毒性肺炎对COVID-19肺炎的可靠性。一个三级决策树,用于将最近获得的临床深度分类的准确性能进行最大分级分类,从而将最近得到的4级分类的准确性能数据分为3级,通过使用这一分级前的精确性分类,为获得的精确性能,从而获得的精确性评估了4级前的精确性分类。

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