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Un estudio sistemático de modelos de aprendizaje profundo y métodos xAI para la detección de regiones de interés en exploraciones de resonancia magnética

Created by
  • Haebom

Autor

Justin Yiu, Kushank Arora, Daniel Steinberg, Rohit Ghiya

Describir

Este estudio presenta un sistema automático de detección de regiones de interés (ROI) que utiliza técnicas de aprendizaje profundo e IA explicable (xAI) para mejorar la eficiencia y la objetividad de la interpretación de la resonancia magnética, esencial para la evaluación de lesiones de rodilla. Se evaluaron diversas arquitecturas de aprendizaje profundo, como ResNet50, InceptionV3, Vision Transformers (ViT) y diversas variantes de U-Net, mediante métodos de aprendizaje supervisado y autosupervisado. Se integraron técnicas de xAI, como Grad-CAM y Saliency Maps, para mejorar la interpretabilidad. El rendimiento se evaluó mediante el área bajo la curva (AUC) (clasificación), PSNR/SSIM (calidad de reconstrucción) y visualización cualitativa de ROI. ResNet50 demostró un rendimiento superior en la clasificación y la identificación de ROI en comparación con los modelos basados ​​en Transformers en el conjunto de datos MRNet. Un modelo combinado U-Net + MLP mostró potencial para mejorar la reconstrucción y la interpretabilidad, pero un rendimiento de clasificación inferior, mientras que Grad-CAM proporcionó las explicaciones con mayor relevancia clínica entre todas las arquitecturas. En conclusión, el aprendizaje por transferencia basado en CNN fue más efectivo en este conjunto de datos y se esperan futuras mejoras en el rendimiento de los modelos Transformer a través de un preentrenamiento a gran escala.

Takeaways, Limitations

Takeaways:
Demostramos que el aprendizaje por transferencia CNN basado en ResNet50 es eficaz para la detección de ROI en resonancia magnética de rodilla.
Visualice el proceso de toma de decisiones del modelo y mejore la interpretabilidad clínica utilizando técnicas xAI (Grad-CAM).
Presentando el potencial de desarrollo futuro de la estructura U-Net + MLP (mejorando la utilización e interpretabilidad de las características espaciales).
Limitations:
El tamaño relativamente pequeño del conjunto de datos MRNet limita la evaluación del potencial de los modelos Transformer.
Se necesitan más investigaciones que utilicen conjuntos de datos de preentrenamiento a gran escala.
Necesidad de mejorar el rendimiento de clasificación de la estructura U-Net + MLP.
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