Cluster of viral pneumonia occurrences during a short period of time may be a harbinger of an outbreak or pandemic, like SARS, MERS, and recent COVID-19. Rapid and accurate detection of viral pneumonia using chest X-ray can be significantly useful in large-scale screening and epidemic prevention, particularly when other chest imaging modalities are less available. Viral pneumonia often have diverse causes and exhibit notably different visual appearances on X-ray images. The evolution of viruses and the emergence of novel mutated viruses further result in substantial dataset shift, which greatly limits the performance of classification approaches. In this paper, we formulate the task of differentiating viral pneumonia from non-viral pneumonia and healthy controls into an one-class classification-based anomaly detection problem, and thus propose the confidence-aware anomaly detection (CAAD) model, which consists of a shared feature extractor, an anomaly detection module, and a confidence prediction module. If the anomaly score produced by the anomaly detection module is large enough or the confidence score estimated by the confidence prediction module is small enough, we accept the input as an anomaly case (i.e., viral pneumonia). The major advantage of our approach over binary classification is that we avoid modeling individual viral pneumonia classes explicitly and treat all known viral pneumonia cases as anomalies to reinforce the one-class model. The proposed model outperforms binary classification models on the clinical X-VIRAL dataset that contains 5,977 viral pneumonia (no COVID-19) cases, 18,619 non-viral pneumonia cases, and 18,774 healthy controls.


翻译:短期内出现病毒性肺炎的群集在短期内成为爆发或大流行病的预兆,如SARS、MERS和最近的COVID-19。用胸X射线快速准确地检测病毒性肺炎,对大规模筛查和流行病预防非常有用,特别是在其他胸部成像模式较少的情况下。病毒性肺炎往往有多种原因,在X射线图像上明显呈现出不同的视觉外观。病毒的演变和新的突变病毒的出现可能进一步导致大量数据集转换,这大大限制了分类方法的绩效。在本文中,我们将非病毒性肺炎与非病毒性肺炎和健康控制区分为一类分类性异常检测问题,从而提出信任性觉异常检测模式(CAAAAD)4,其中包括共同的特征提取器、异常性检测模块和信心预测模块。如果异常检测模块生成的异常分数足够大,或者信心预测模块估计的可信度分数也太小,我们接受投入为异常案例(即病毒性肺炎和健康控制)。我们所了解的18类临床性病性病毒性病毒性病毒性病毒性病毒性诊断模型的主要优势在于避免一种典型的分类。

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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