Accurate and rapid detection of COVID-19 pneumonia is crucial for optimal patient treatment. Chest X-Ray (CXR) is the first line imaging test for COVID-19 pneumonia diagnosis as it is fast, cheap and easily accessible. Inspired by the success of deep learning (DL) in computer vision, many DL-models have been proposed to detect COVID-19 pneumonia using CXR images. Unfortunately, these deep classifiers lack the transparency in interpreting findings, which may limit their applications in clinical practice. The existing commonly used visual explanation methods are either too noisy or imprecise, with low resolution, and hence are unsuitable for diagnostic purposes. In this work, we propose a novel explainable deep learning framework (CXRNet) for accurate COVID-19 pneumonia detection with an enhanced pixel-level visual explanation from CXR images. The proposed framework is based on a new Encoder-Decoder-Encoder multitask architecture, allowing for both disease classification and visual explanation. The method has been evaluated on real world CXR datasets from both public and private data sources, including: healthy, bacterial pneumonia, viral pneumonia and COVID-19 pneumonia cases The experimental results demonstrate that the proposed method can achieve a satisfactory level of accuracy and provide fine-resolution classification activation maps for visual explanation in lung disease detection. The Average Accuracy, the Precision, Recall and F1-score of COVID-19 pneumonia reached 0.879, 0.985, 0.992 and 0.989, respectively. We have also found that using lung segmented (CXR) images can help improve the performance of the model. The proposed method can provide more detailed high resolution visual explanation for the classification decision, compared to current state-of-the-art visual explanation methods and has a great potential to be used in clinical practice for COVID-19 pneumonia diagnosis.


翻译:准确和快速检测COVID-19肺炎对于患者的最佳治疗至关重要。 Chest X-Ray(CXR)是COVID-19肺炎诊断的第一线成像测试,因为它是快速、廉价和容易获得的。由于计算机视觉方面的深层学习(DL)的成功,许多DL模型被建议使用CXR图像检测COVID-19肺炎。不幸的是,这些深层分类器在解释结果时缺乏透明度,这可能会限制其在临床实践中的应用。目前常用的直观解释方法要么太吵,要么不精确,分辨率低,因此不适合用于诊断目的。在这项工作中,我们提出了一个创新的深层次学习框架(CXRNet),用于准确的COVI-19的准确度检测。 提议的框架以新的Encoder-Decoder-Encoder多任务模型为基础,可以进行疾病分类和直观解释。 现有的直观解释方法还可以用于真实的CXRYR数据集,从公共和私人的精度数据源中,包括:健康、直观的直径-19的直径解剖路路路路路路路路路路路路路路路路,可以显示A-R-C-CRIS-VI的解结果,用来显示一个健康、直径的直径的直径的直径的直径解结果。

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