Применение сверточных нейронных сетей для автоматизированного классифицирования стадий жизненного цикла Plasmodium falciparum в микроскопии мазков крови

Обоснование. Малярия является глобальной проблемой мирового здравоохранения. Традиционная микроскопия крови, являющаяся золотым стандартом диагностики, сопряжена с высокой трудоемкостью, кадровым дефицитом в эндемичных регионах и субъективностью оценки. Автоматизация не только детекции, но и определения стадии развития возбудителя критически важна для назначения стадийно-специфической терапии.Цель исследования. Разработка и оценка эффективности модели глубокого компьютерного зрения для классификации четырех ключевых стадий эритроцитарного цикла Plasmodium falciparum на основе микрофотографий.Методы. В качестве основы использовалась сверточная нейронная сеть архитектуры ResNet-18. Обучение проводилось методом переноса (transfer learning) с использованием базы данных PfMorphoBank, собранной авторами. Изображения были разделены на четыре целевых класса: молодые трофозоиты, зрелые трофозоиты, шизонты и гаметоциты. Качество классификации оценивали на валидационной и отложенной тестовой выборках по Accuracy, macroPrecision, macro-Recall и macro-F1.Результаты. На отложенной тестовой выборке дообученная ResNet-18 показала следующие результаты: Accuracy 80,83 %; macro-Precision составила 0,812, macro-Recall – 0,808, macro-F1 – 0,806. Анализ ошибок показал, что модель лучше распознает зрелые трофозоиты и испытывает наибольшие трудности при классификации гаметоцитов и морфологически близких поздних форм.Заключение. Использование глубоких нейронных сетей демонстрирует высокий потенциал в решении задачи дифференциальной диагностики стадий малярийного плазмодия. Модель показала приемлемые метрики качества, доказывая принципиальную возможность создания автоматизированных систем.

Acta biomedica scientifica

машинное обучение

компьютерное зрение

малярия

Plasmodium falciparum

ResNet

микроскопия

трансферное обучение

искусственный интеллект в медицине

Обоснование. Малярия является глобальной проблемой мирового здравоохранения. Традиционная микроскопия крови, являющаяся золотым стандартом диагностики, сопряжена с высокой ...

Применение сверточных нейронных сетей для автоматизированного классифицирования стадий жизненного цикла Plasmodium falciparum в микроскопии мазков крови

Авторы

Мацаева О.Д.

Гринев А.Б.

Рекомендуем изучить