Coronaviruses constitute a family of viruses that gives rise to respiratory diseases. As COVID-19 is highly contagious, early diagnosis of COVID-19 is crucial for an effective treatment strategy. However, the RT-PCR test which is considered to be a gold standard in the diagnosis of COVID-19 suffers from a high false-negative rate. Chest X-ray (CXR) image analysis has emerged as a feasible and effective diagnostic technique towards this objective. In this work, we propose the COVID-19 classification problem as a three-class classification problem to distinguish between COVID-19, normal, and pneumonia classes. We propose a three-stage framework, named COV-ELM. Stage one deals with preprocessing and transformation while stage two deals with feature extraction. These extracted features are passed as an input to the ELM at the third stage, resulting in the identification of COVID-19. The choice of ELM in this work has been motivated by its faster convergence, better generalization capability, and shorter training time in comparison to the conventional gradient-based learning algorithms. As bigger and diverse datasets become available, ELM can be quickly retrained as compared to its gradient-based competitor models. The proposed model achieved a macro average F1-score of 0.95 and the overall sensitivity of ${0.94 \pm 0.02} at a 95% confidence interval. When compared to state-of-the-art machine learning algorithms, the COV-ELM is found to outperform its competitors in this three-class classification scenario. Further, LIME has been integrated with the proposed COV-ELM model to generate annotated CXR images. The annotations are based on the superpixels that have contributed to distinguish between the different classes. It was observed that the superpixels correspond to the regions of the human lungs that are clinically observed in COVID-19 and Pneumonia cases.


翻译:科罗纳病毒构成了引起呼吸系统疾病的病毒系列。由于COVID-19是高度传染性的,因此早期诊断COVID-19对于有效的治疗战略至关重要。然而,在诊断COVID-19时被视为黄金标准的RT-PCR测试具有很高的假负率。胸X光(CXR)图像分析是实现这一目标的一种可行和有效的诊断技术。在这项工作中,我们建议将COVID-19分类问题作为一个三级分类问题,以区分COVID-19、正常和肺炎等级。我们提议了一个三阶段框架,名为COVID-19-19。我们提议了一个叫COV-ELM的三阶段框架。第一阶段涉及预处理和变换,而第二阶段涉及地貌提取。这些提取的功能在第三阶段作为ELM的输入,导致识别COVID-19。在这项工作中选择ELM的动力在于它更快速的趋近似趋同、更普通的梯度学习算法。随着更大规模和不同时期的变异级的变异的变异的变式,在变式C1的变式中可以快速地将这种变换成一个模型。

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