Attention spatiale

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12516 (2023) Citer cet article

340 accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

Le diagnostic des brûlures chez l'homme est devenu essentiel, car une identification précoce peut sauver des vies. Le processus manuel de diagnostic des brûlures est long et complexe, même pour les médecins expérimentés. Les modèles d’apprentissage automatique (ML) et de réseaux neuronaux à convolution profonde (CNN) sont devenus la norme pour le diagnostic d’images médicales. L'approche basée sur le ML nécessite généralement des fonctionnalités artisanales pour la formation, ce qui peut entraîner des performances sous-optimales. À l’inverse, les méthodes basées sur DL extraient automatiquement les fonctionnalités, mais concevoir un modèle robuste est un défi. De plus, les méthodes DL superficielles manquent de dépendance aux fonctionnalités à longue portée, ce qui diminue l'efficacité dans diverses applications. Nous avons implémenté plusieurs modèles CNN approfondis, ResNeXt, VGG16 et AlexNet, pour le diagnostic des brûlures humaines. Les résultats obtenus à partir de ces modèles se sont révélés moins fiables car les modèles CNN peu profonds nécessitent des modules d'attention améliorés pour préserver les dépendances des fonctionnalités. Par conséquent, dans l’étude proposée, la carte des caractéristiques est divisée en plusieurs catégories et les dépendances de canal entre deux mappages de canaux au sein d’une classe donnée sont mises en évidence. Une carte d'attention spatiale est construite en considérant les liens entre les entités et leurs emplacements. Notre noyau BuRnGANeXt50 et nos couches convolutives de modèle basé sur l'attention sont également optimisés pour le diagnostic des brûlures humaines. L'étude antérieure a classé la brûlure en fonction de la profondeur de la greffe et de la non-greffe. Nous avons d’abord classé la brûlure en fonction de son degré. Par la suite, il est classé en greffé et non greffé. De plus, les performances du modèle proposé sont évaluées sur Burns_BIP_US_database. La sensibilité du BuRnGANeXt50 est respectivement de 97,22 % et 99,14 % pour classer les brûlures en fonction de leur degré et de leur profondeur. Ce modèle peut être utilisé pour un dépistage rapide des patients brûlés et peut être exécuté dans le cloud ou sur une machine locale. Le code de la méthode proposée est accessible sur https://github.com/dhirujis02/Journal.git par souci de reproductibilité.

La brûlure est une maladie potentiellement mortelle qui nécessite un traitement précoce. Elle est classée en différentes catégories en fonction de sa gravité et des tissus affectés. La méthode la plus répandue pour la catégorisation des brûlures est le mécanisme du « degré », qui divise les brûlures en trois catégories principales : les brûlures du premier degré (cutanée superficielle), du deuxième degré (cutanée profonde) et du troisième degré (pleine épaisseur). La brûlure superficielle n’affecte que la couche supérieure de la peau (épiderme). Les principaux symptômes comprennent une rougeur, une douleur et un léger gonflement. La guérison se produit généralement en quelques jours sans laisser de cicatrices1. Les brûlures cutanées profondes affectent l’épiderme et une partie du derme (la deuxième couche de la peau). Les symptômes comprennent des rougeurs, des cloques, une douleur intense et un gonflement. Le temps de guérison peut varier et des cicatrices peuvent apparaître en fonction de la profondeur et de l'étendue de la brûlure. La brûlure sur toute l’épaisseur s’étend à tout l’épiderme et au derme, atteignant le tissu sous-cutané. Les symptômes peuvent inclure une apparence coriace ou carbonisée, une insensibilité à la douleur (due à des lésions nerveuses) et une coloration blanche ou brun foncé. La guérison est lente et peut nécessiter une greffe de peau, et les cicatrices sont fréquentes. Pour le traitement des brûlures humaines, les premiers soins ne peuvent pas être administrés à une victime brûlée avant d'avoir correctement diagnostiqué la blessure2. Plus la brûlure est profonde, plus la blessure est grave. Un dermatologue évalue la gravité des brûlures avant de réaliser la greffe. La greffe consiste à remplacer la peau endommagée par du tissu sain provenant d'une zone non brûlée. Après 14 à 21 jours de traitement, une brûlure superficielle (au premier degré) disparaîtra. Dans le tableau 1, nous voyons comment un médecin détermine la gravité des brûlures en fonction de la couleur des zones touchées.

Le processus manuel de diagnostic des brûlures nécessite la participation d’experts, ce qui rend le processus long et coûteux. Les experts en dermatologie utilisent la fluorométrie par fluorescence, la fluorescence et l'imagerie par ultrasons pour prédire la profondeur des brûlures, obtenant ainsi une précision diagnostique comprise entre 50 et 80 %3. Les brûlures cutanées profondes affectent la deuxième couche de la peau, tandis que les brûlures de toute l'épaisseur pénètrent dans la troisième couche et impliquent souvent des tissus, des muscles et des cicatrices endommagés, ce qui a un impact significatif sur la vie du patient. Un traitement efficace des cicatrices de brûlures est essentiel et les médecins utilisent des techniques anti-cicatrices4. La gravité des brûlures peut également avoir des conséquences négatives à long terme pour les patients5. Des études antérieures ont utilisé des méthodes d'apprentissage automatique pour le diagnostic des brûlures, qui impliquent généralement le prétraitement des images brûlées pour réduire la taille et le bruit. Les caractéristiques de texture et de forme fabriquées à la main sont extraites manuellement pour l'entraînement et la classification des types de gravure, mais cette approche nécessite un petit ensemble de données et une expertise spécialisée, ce qui entraîne des erreurs potentielles qui réduisent les performances du modèle.