H-Detect: an Algorithm for Early Detection of Hydrocephalus

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Hydrocephalus is a central nervous system disorder which most commonly affects infants and toddlers. It starts as an abnormal build-up of cerebrospinal fluid in the ventricular system of the brain. Hence, early diagnosis becomes vital, which may be performed by Computed Tomography (CT), one of the most effective diagnostic methods for diagnosing Hydrocephalus (CT), where the enlarged ventricular system becomes apparent. However, most disease progression assessments rely on the radiologist's evaluation and physical measures, which are subjective, time-consuming, and inaccurate. This paper develops an automatic prediction utilizing the H-detect framework for enhanced accurate hydrocephalus prediction. This paper uses a pre-processing step to normalize the input image and remove unwanted noises, which can help extract valuable features easily. The feature extraction is done by segmenting the image based on edge detection using triangular fuzzy rules. Thereby, the exact information on the nature of CSF inside the brain is highlighted. These segmented images are saved and again given to the CatBoost algorithm. The Categorical feature processing allows for quicker training. When necessary, the overfitting detector will stop model training and thus efficiently predicts Hydrocephalus. The outcomes demonstrate that the new H-detect strategy outperforms the traditional approaches.

Авторлар туралы

D. Baloni

Quantum University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: devbaloni1982@gmail.com
Dehradun Highway, Mandawar -

D. Rai

Dev Bhoomi Uttarakhand University

Email: dhajvirrai123@gamil.com
Chakrata Road, Manduwala -

P. Sivagaminathan

Ajeenkya D.Y Patil University

Email: sai.sivagaminathan@gmail.com
City Road via Lohegaon -

H. Anandaram

Amrita Vishwa Vidyapeetham (Amrita University)

Email: a_harishchander@cb.amrita.edu
Amritanagar, Ettimadai Village -

M. Thapliyal

Graphic Era Hill University

Email: madhurthapliyal@gehu.ac.in
Bell Road, Clement Town -

K. Joshi

Uttaranchal University

Email: Kapilengg0509@gmail.com
Prem Nagar -

Әдебиет тізімі

  1. Zhang X.J., Guo J., Yang J. Cerebrospinal fluid biomarkers in idiopathic normal pressure hydrocephalus. Neuroimmunology and Neuroinflammation. 2020. vol. 7. no. 2. pp. 109–119.
  2. Karimy J.K., Reeves B.C., Damisah E., Duy P.Q., Antwi P., David W., Kahle K.T. Inflammation in acquired Hydrocephalus: pathogenic mechanisms and therapeutic targets. Nature Reviews Neurology. 2020. vol. 16. no. 5. pp. 285–296.
  3. Paulsen A.H. Adult outcome in pediatric Hydrocephalus. 2018. 58 p.
  4. Saygili G., Yigin B.O., Guney G., Algin O. Exploiting lamina terminalis appearance and motion in the prediction of Hydrocephalus using convolutional LSTM network. Journal of Neuroradiology. 2022. vol. 49. no. 5. pp. 364–369.
  5. Nakajima M., Kawamura K., Akiba C., Sakamoto K., Xu H., Kamohara C., Miyajima M. Differentiating comorbidities and predicting prognosis in idiopathic normal pressure hydrocephalus using cerebrospinal fluid biomarkers. Croatian Medical Journal. 2021. vol. 62. no. 4. pp. 387–398.
  6. Yigin B.O., Algin O., Saygili G. Comparison of morphometric parameters in prediction of Hydrocephalus using random forests. Computers in Biology and Medicine. 2020. vol. 116. no. 103547.
  7. Chiarelli P.A., Hauptman J.S., Browd S.R. Machine learning and the prediction of Hydrocephalus: Can quantitative image analysis assist the clinician? JAMA paediatric. 2018. vol. 172. no. 2. pp. 116–118.
  8. Chen J., He W., Zhang X., Lv M., Zhou X., Yang X., Xia J. Value of MRI-based semi-quantitative structural neuroimaging in predicting the prognosis of patients with idiopathic normal pressure hydrocephalus after shunt surgery. European Radiology. 2022. vol. 32. no. 11. pp. 7800–7810.
  9. Sotoudeh H., Sadaatpour Z., Rezaei A., Shafaat O., Sotoudeh E., Tabatabaie M., Tanwar M. The Role of Machine Learning and Radiomics for Treatment Response Prediction in Idiopathic Normal Pressure Hydrocephalus. Cureus. 2021. vol. 13. no. 10.
  10. Mao Y., Shen Z., Wang J., Zhu H., Yu Z., Chen X., Cheng H. Deep Learning-Based MR Imaging for Analysis of Relation between Cerebrospinal Fluid Variation and Communicating Hydrocephalus after Decompressive Craniectomy for Craniocerebral Injury. Scientific Programming. 2022. vol. 2022.
  11. Brito C., Machado A., Sousa A.L. Electrocardiogram beat classification based on a Res-Net network. Studies in Health Technology and Informatics. 2019. vol. 264. pp. 55–59.
  12. Hu Y., Zhao H., Li W., Li J. Semantic image segmentation of brain MRI with deep learning. Zhong nan da XueXueBao. Yi Xue ban Journal of Central South University. Medical sciences. 2021. vol. 46. no. 8. pp. 858–864.
  13. Kang J., Ullah Z., Gwak J. MRI-based brain tumour classification using ensemble of deep features and machine learning classifiers. Sensors. 2021. vol. 21(6). no. 2222.
  14. Huang Y., Moreno R., Malani R., Meng A., Swinburne N., Holodny A.I., Young R.J. Deep Learning Achieves Neuroradiologist-Level Performance in Detecting Hydrocephalus Requiring Treatment. Journal of Digital Imaging. 2022. vol. 35. no. 6. pp. 1662–1672.
  15. Narmatha C., Eljack S.M., Tuka A.A.R.M., Manimurugan S., Mustafa M. A hybrid fuzzy brain-storm optimization algorithm for the classification of brain tumour MRI images. Journal of ambient intelligence and humanized computing. 2020. pp. 1–9.
  16. Prokhorenkova L., Gusev G., Vorobev A., Dorogush A.V, Gulin A. CatBoost: Unbiased Boosting with Categorical Features. Advances in Neural Information Processing Systems. 2018. vol. 31. pp. 6638–6648.
  17. Nguyen N.Q., Lee S.W. Robust Boundary Segmentation in Medical Images Using a Consecutive Deep Encoder-Decoder Network. IEEE Access. 2019. vol. 7. pp. 33795–33808. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2904094.
  18. Liu B., He S., He D., Zhang Y., Guizani M. A Spark-based Parallel Fuzzy $c$-Means Segmentation Algorithm for Agricultural Image Big Data. IEEE Access. 2019. vol. 7. pp. 42169–42180. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2907573.
  19. Almotiri J., Elleithy K., Elleithy A. A Multi-Anatomical Retinal Structure Segmentation System for Automatic Eye Screening Using Morphological Adaptive Fuzzy Thresholding. IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine. 2018. vol. 6. pp. 1–23. doi: 10.1109/JTEHM.2018.2835315.
  20. Liu M., Jiang J., Wang Z. Colonic Polyp Detection in Endoscopic Videos with Single Shot Detection Based Deep Convolutional Neural Network. IEEE Access. 2019. vol. 7. pp. 75058–75066. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2921027.
  21. Raweh A.A., Nassef M., Badr A. A Hybridized Feature Selection and Extraction Approach for Enhancing Cancer Prediction Based on DNA Methylation. IEEE Access. 2018. vol. 6. pp. 15212–15223. doi: 10.1109/ACCESS.2018.2812734.
  22. Gonzalez R., Tou J. Pattern recognition principles. Applied Mathematics and Computation. Reading, MA: Addison-Wesley. 1974. 377 p.
  23. Lingras P., West C. Interval set clustering of web users with rough k-means. Journal of Intelligent Information Systems. 2004. vol. 23. no. 1. pp. 5–16. doi: 10.1023/B:JIIS.0000029668.88665.1a.
  24. Chuang K.S., Tzeng H.L., Chen S., Wu J., Chen T.J. Fuzzy c-means clustering with spatial information for image segmentation. Comput. Med. Imag. Graph., Jan. 2006. vol. 30. no. 1. pp. 9–15. doi: 10.1016/j.compmedimag.2005.10.001.
  25. Lingras P., Peters G. Applying rough set concepts to clustering. In Rough Sets: Selected Methods and Applications in Management and Engineering. London: Springer. 2012. pp. 23–37.
  26. Ji Z., Sun Q., Xia Y., Chen Q., Xia D., Feng D. Generalized rough fuzzy c-means algorithm for brain MR image segmentation. Computer methods and programs in biomedicine. 2012. vol. 108. no. 2. pp. 644–655.
  27. Namburu A., Srinivas Kumar S., Srinivasa Reddy E. Review of Set-Theoretic Approaches to Magnetic Resonance Brain Image Segmentation. IETE Journal of Research. 2022. vol. 68. no. 1. pp. 350–367. doi: 10.1080/03772063.2019.1604176.
  28. Dubey Y.K., Mushrif M.M., Mitra K. Segmentation of brain MR images using rough set based intuitionistic fuzzy clustering. Biocybern. Biomedical engineering. 2016. vol. 36. no. 2. pp. 413–426. doi: 10.1016/j.bbe.2016.01.001.
  29. Liu J., Peng Y., Zhang Y.A Fuzzy Reasoning Model for Cervical Intraepithelial Neoplasia Classification Using Temporal Grayscale Change and Textures of Cervical Images during Acetic Acid Tests. IEEE Access. 2019. vol. 7. pp. 13536–13545. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2893357.
  30. Brunese L., Mercaldo F., Reginelli A., Santone A. Prostate Gleason Score Detection and Cancer Treatment through Real-Time Formal Verification. IEEE Access. 2019. vol. 7. pp. 186236–186246. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2961754.
  31. Yin S., Zhang Y., Karim S. Large Scale Remote Sensing Image Segmentation Based on Fuzzy Region Competition and Gaussian Mixture Model. IEEE Access. 2018. vol. 6. pp. 26069–26080. doi: 10.1109/ACCESS.2018.2834960.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».