Поиск аномалий на рентгенограммах грудной клетки

Санкт-Петербургский  государственный  университет

Математичестое обеспечение и администрирование информационных систем

Системного программирования

Кутуков Сергей Евгеньевич

Поиск аномалий на рентгенограммах грудной клетки

Бакалаврская работа

Научный руководитель: к.ф.-м.н ст. преп. С. И. Салищев

Рецензент: к.т.н. доцент А. Л. Ронжин

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg state university

Software and Administration of Information Systems Software System Programming

Kutukov Sergey Evgenevich

Anomaly detection on Chest X-Ray

Bachelor’s Thesis

Scientific supervisor: Senior lecturer Sergey Salishchev

Reviewer: Assoc. prof. Alexander Ronzhin

Saint-Petersburg

Оглавление

Введение        4

Постановка задачи        6

1. Обзор        7

1. Нейросеть ChestXNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        7
2. Генеративные модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        8

1. Aвтоэнкодеры        . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        9
2. Генеративно-состязательные  нейросети        . . . . . .        10

1. Алгоритмы классификации        . . . . . . . . . . . . . . . . .        11

1. Случайный лес        . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        12
2. Машина опорных векторов        . . . . . . . . . . . . .        12

1. Метод оценки точности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        12

1. Метрика AUC-ROC . . . . . . . . . . . . . . . . . .        13
2. Метрика AUC-PR . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        14

1. Подготовка данных для машинного обучения        15
2. Разработанные модели машинного обучения        16

1. Aвтоэнкодер        . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        16
2. Генеративно-состязательная нейросеть . . . . . . . . . . .        16
3. Классификация        . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        19

1. Эксперименты        20

1. Автоэнкодер        . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        20
2. Генеративно-состязательная нейросеть        . . . . . . . . . .        20
3. Выводы        . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        21

Заключение        24

Список литературы        25

Введение

При медицинском исследовании легких с помощью рентгенограмм грудной клетки можно выделить примерно 14 видов патологий таких как рак, пневмоторакс, пневмония, фиброз, эмфизема и туберкулез.

Главным заболеванием, из-за которого люди проходят регулярные флюорографические исследования, является туберкулез. Он является весьма заразным и опасным заболеванием, поэтому проведение рентге- нологического исследования грудной клетки, является обязательной и ежегодной процедурой для каждого человека в России.

Из-за массовости этой процедуры многие миллионы рентгенограмм должны быть проанализированы, что является огромной нагрузкой для радиологов. Более того, чтобы снизить риски человеческого фактора, рентгенограмма проверяется минимум двумя специалистами или од- ним и тем же специалистом, но два раза с интервалом минимум один день. Анализ рентгенограмм — это сложная работы над однородными изображениями, и даже опытным радиологам сложно качественно об- работать более чем 100 рентгенограмм в день. Также по данным СПб НИИФ причиной 21% поздних стадий туберкулеза является несвоевре- менное обнаружение на флюорографии. Поэтому существует заинтере- сованность в разработке компьютерных алгоритмов для поиска анома- лий на рентгенограмме, которые впоследствии станут вспомогательным инструментом в помощь радиологам.