Over the last year, the severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) and its variants have highlighted the importance of screening tools with high diagnostic accuracy for new illnesses such as COVID-19. To that regard, deep learning approaches have proven as effective solutions for pneumonia classification, especially when considering chest-x-rays images. However, this lung infection can also be caused by other viral, bacterial or fungi pathogens. Consequently, efforts are being poured toward distinguishing the infection source to help clinicians to diagnose the correct disease origin. Following this tendency, this study further explores the effectiveness of established neural network architectures on the pneumonia classification task through the transfer learning paradigm. To present a comprehensive comparison, 12 well-known ImageNet pre-trained models were fine-tuned and used to discriminate among chest-x-rays of healthy people, and those showing pneumonia symptoms derived from either a viral (i.e., generic or SARS-CoV-2) or bacterial source. Furthermore, since a common public collection distinguishing between such categories is currently not available, two distinct datasets of chest-x-rays images, describing the aforementioned sources, were combined and employed to evaluate the various architectures. The experiments were performed using a total of 6330 images split between train, validation and test sets. For all models, common classification metrics were computed (e.g., precision, f1-score) and most architectures obtained significant performances, reaching, among the others, up to 84.46% average f1-score when discriminating the 4 identified classes. Moreover, confusion matrices and activation maps computed via the Grad-CAM algorithm were also reported to present an informed discussion on the networks classifications.


翻译:过去一年来,严重急性呼吸系统综合征冠状病毒-2(SARS-COV-2)及其变体突出了对COVID-19等新疾病进行诊断性精度很高的筛查工具的重要性。在这方面,深层学习方法已证明是肺炎分类的有效解决办法,特别是在考虑胸前X光片图像时;然而,这种肺感染也可能是由其他病毒、细菌或真菌病原体造成的。因此,正在努力区分感染源,以帮助临床医生诊断正确的病源。在这一趋势之后,这项研究进一步探讨通过转移学习模式对肺炎分类任务建立神经网络结构的有效性。为了进行全面比较,12个众所周知的经过培训的图像网络模型经过精细调整,用于区分健康的胸部-X光片,以及那些显示来自病毒(即普通或SARS-COV-2)或细菌病源的肺炎症状。此外,由于公众通常无法对这些类别进行分类,因此在通过转移学习模式中发现了两个不同的胸部-X射线图集结构, 使用最精确的直径模型进行了计算, 并使用了各种计算模型 。

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