Attenzione spaziale

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12516 (2023) Citare questo articolo

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La diagnosi delle ustioni negli esseri umani è diventata fondamentale, poiché l’identificazione precoce può salvare vite umane. Il processo manuale di diagnosi delle ustioni è lungo e complesso, anche per i medici esperti. I modelli di machine learning (ML) e di rete neurale convoluzionale profonda (CNN) sono emersi come standard per la diagnosi di immagini mediche. L'approccio basato sul machine learning richiede in genere funzionalità artigianali per la formazione, che potrebbero comportare prestazioni non ottimali. Al contrario, i metodi basati su DL estraggono automaticamente le funzionalità, ma progettare un modello robusto è impegnativo. Inoltre, i metodi DL superficiali mancano di dipendenza dalle funzionalità a lungo raggio, diminuendo l'efficienza in varie applicazioni. Abbiamo implementato diversi modelli CNN profondi, ResNeXt, VGG16 e AlexNet, per la diagnosi di ustioni umane. I risultati ottenuti da questi modelli si sono rivelati meno affidabili poiché i modelli CNN superficiali e profondi necessitano di moduli di attenzione migliorati per preservare le dipendenze delle caratteristiche. Pertanto, nello studio proposto, la mappa delle caratteristiche è divisa in diverse categorie e vengono evidenziate le dipendenze dei canali tra due mappature di canali qualsiasi all'interno di una determinata classe. Una mappa dell'attenzione spaziale viene costruita considerando i collegamenti tra le caratteristiche e le loro posizioni. Anche il nostro modello basato sull'attenzione BuRnGANeXt50 kernel e gli strati convoluzionali sono ottimizzati per la diagnosi di ustioni umane. Lo studio precedente classificava l'ustione in base alla profondità dell'innesto e al non innesto. Innanzitutto abbiamo classificato l'ustione in base al grado. Successivamente viene classificato in innesto e non innesto. Inoltre, le prestazioni del modello proposto vengono valutate su Burns_BIP_US_database. La sensibilità del BuRnGANeXt50 è rispettivamente del 97,22% e del 99,14% per classificare le ustioni in base al grado e alla profondità. Questo modello può essere utilizzato per lo screening rapido dei pazienti ustionati e può essere eseguito nel cloud o su una macchina locale. È possibile accedere al codice del metodo proposto su https://github.com/dhirujis02/Journal.git per motivi di riproducibilità.

L’ustione è una condizione pericolosa per la vita che necessita di un trattamento precoce. Viene classificata in varie categorie in base alla gravità e ai tessuti colpiti. Il metodo più diffuso per la categorizzazione delle ustioni è il meccanismo del "grado", che divide le ustioni in tre categorie principali: ustioni di primo grado (dermale superficiale), di secondo grado (dermale profondo) e di terzo grado (a tutto spessore). L'ustione superficiale colpisce solo lo strato superiore della pelle (epidermide). I sintomi principali includono arrossamento, dolore e lieve gonfiore. La guarigione avviene solitamente entro pochi giorni senza lasciare cicatrici1. L'ustione cutanea profonda colpisce l'epidermide e parte del derma (il secondo strato della pelle). I sintomi includono arrossamento, vesciche, forte dolore e gonfiore. Il tempo di guarigione può variare e possono verificarsi cicatrici a seconda della profondità e dell'estensione dell'ustione. L'ustione a tutto spessore si estende attraverso l'intera epidermide e il derma, raggiungendo il tessuto sottocutaneo. I sintomi possono includere un aspetto coriaceo o carbonizzato, insensibilità al dolore (a causa di danni ai nervi) e colorazione bianca o marrone scuro. La guarigione è lenta e può richiedere un innesto cutaneo, mentre le cicatrici sono comuni. Per il trattamento delle ustioni umane, il primo soccorso non può essere somministrato alla vittima di ustioni prima di aver diagnosticato correttamente la lesione2. Più profonda è l'ustione, più grave è la lesione. Un dermatologo valuta la gravità dell'ustione prima di eseguire l'innesto. L'innesto prevede la sostituzione della pelle danneggiata con tessuto sano proveniente da un'area non bruciata. Dopo 14-21 giorni di terapia, l'ustione superficiale (di primo grado) guarirà. Nella Tabella 1 vediamo come un medico determina la gravità delle ustioni in base al colore delle aree interessate.

Il processo manuale di diagnosi delle ustioni richiede il coinvolgimento di esperti, rendendo il processo lungo e costoso. Gli esperti dermatologi utilizzano la fluorescenza a fluorescenza, la fluorescenza e l'imaging a ultrasuoni per prevedere la profondità dell'ustione, ottenendo una precisione diagnostica compresa tra il 50 e l'80%3. Le ustioni cutanee profonde colpiscono il secondo strato della pelle, mentre le ustioni a tutto spessore penetrano nel terzo strato e spesso coinvolgono tessuti danneggiati, muscoli e cicatrici, con un impatto significativo sulla vita del paziente. È essenziale un trattamento efficace per le cicatrici da ustione e i medici utilizzano tecniche anti-cicatrici4. La gravità delle ustioni può anche avere conseguenze negative a lungo termine per i pazienti5. Studi precedenti hanno utilizzato metodi di apprendimento automatico per la diagnosi delle ustioni, che in genere comportano la preelaborazione delle immagini bruciate per ridimensionarle e ridurre il rumore. Le caratteristiche di texture e forma realizzate artigianalmente vengono estratte manualmente per l'addestramento e la classificazione dei tipi di bruciatura, ma questo approccio richiede un piccolo set di dati e competenze specializzate, portando a potenziali errori che riducono le prestazioni del modello.