論文の概要: Automatic Tuberculosis and COVID-19 cough classification using deep learning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.05480v1
• Date: Wed, 11 May 2022 13:22:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2022-05-13 01:41:43.626212
• Title: Automatic Tuberculosis and COVID-19 cough classification using deep learning
• Title（参考訳）: 深層学習による結核とcovid-19の分類
• Authors: Madhurananda Pahar, Marisa Klopper, Byron Reeve, Rob Warren, Grant Theron, Andreas Diacon and Thomas Niesler
• Abstract要約: TBとCOVID-19はどちらも呼吸器疾患で、有意な症状を呈し、毎年数千人の命が失われている。 データは、CNN、LSTM、Resnet50の訓練および評価に使用された1.68時間TBの生地、18.54分、47人のTB患者から1.69時間の健康的な生地、229人のCOVID-19患者、1498人の健康的な患者を含む。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.970069661775001
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a deep learning based automatic cough classifier which can discriminate tuberculosis (TB) coughs from COVID-19 coughs and healthy coughs. Both TB and COVID-19 are respiratory disease, have cough as a predominant symptom and claim thousands of lives each year. The cough audio recordings were collected at both indoor and outdoor settings and also uploaded using smartphones from subjects around the globe, thus contain various levels of noise. This cough data include 1.68 hours of TB coughs, 18.54 minutes of COVID-19 coughs and 1.69 hours of healthy coughs from 47 TB patients, 229 COVID-19 patients and 1498 healthy patients and were used to train and evaluate a CNN, LSTM and Resnet50. These three deep architectures were also pre-trained on 2.14 hours of sneeze, 2.91 hours of speech and 2.79 hours of noise for improved performance. The class-imbalance in our dataset was addressed by using SMOTE data balancing technique and using performance metrics such as F1-score and AUC. Our study shows that the highest F1-scores of 0.9259 and 0.8631 have been achieved from a pre-trained Resnet50 for two-class (TB vs COVID-19) and three-class (TB vs COVID-19 vs healthy) cough classification tasks, respectively. The application of deep transfer learning has improved the classifiers' performance and makes them more robust as they generalise better over the cross-validation folds. Their performances exceed the TB triage test requirements set by the world health organisation (WHO). The features producing the best performance contain higher order of MFCCs suggesting that the differences between TB and COVID-19 coughs are not perceivable by the human ear. This type of cough audio classification is non-contact, cost-effective and can easily be deployed on a smartphone, thus it can be an excellent tool for both TB and COVID-19 screening.
• Abstract（参考訳）: そこで本研究では,結核(tb)をcovid-19(covid-19-coough)と健康なcough(coough)と区別できる,ディープラーニングを用いた自動cough分類器を提案する。 TBとCOVID-19はどちらも呼吸器疾患で、有意な症状を呈し、毎年数千人の命が失われている。 coughオーディオ録音は、屋内と屋外の両方で収集され、世界中の被験者からスマートフォンを使ってアップロードされた。 データは、CNN、LSTM、Resnet50の訓練および評価に使用された1.68時間TBの生地、18.54分、47人のTB患者から1.69時間の健康的な生地、229人のCOVID-19患者、1498人の健康的な患者を含む。 これら3つの深い建築は、2.14時間のくしゃみ、2.91時間のスピーチ、2.79時間のノイズで事前訓練された。 SMOTEデータバランシング技術とF1スコアやAUCなどのパフォーマンス指標を用いて,データセットのクラス不均衡に対処した。 その結果,2級(tb対covid-19)のresnet50と3級(tb対covid-19対健康)のcough分類タスクから,0.9259と0.8631のf1-scoreの最高値が得られた。 ディープトランスファー学習の適用により、分類器の性能が向上し、クロスバリデーション・フォールドを一般化するにつれて、より堅牢になった。 彼らの業績は世界保健機関(WHO)が設定したTBトリアージテストの要求を上回る。 最高のパフォーマンスを生み出す特徴は、ヒトの耳によってTBとCOVID-19の生地の違いが認識できないことを示唆するMFCCのより高い順序を含んでいる。 このタイプのcoughオーディオ分類は非接触でコスト効率が高く、スマートフォンに簡単にデプロイできるため、tbとcovid-19スクリーニングの両方に優れたツールとなる。
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