تشخیص خودکار بیماری‌های قلبی با بهره‌گیری از تحلیل همزمان فریم‌های پایان دیاستول و پایان سیستول در تصاویر ام‌آر‌آی قلب با استفاده از شبکه عصبی کانولوشنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی کامپیوتر، واحد آستانه اشرفیه، دانشگاه آزاد اسلامی، آستانه اشرفیه، ایران

2 استادیار، گروه مدیریت، موسسه آموزش عالی مهرآستان، آستانه اشرفیه، ایران

10.22038/mjms.2025.27368

چکیده

مقدمه: تصویربرداری ام‌آر‌آی برای تشخیص بیماری‌های قلبی در سال‌های اخیر رایج شده­است، اما این روش‌ها زمان‌بر و همراه با خطای انسانی هستند. به همین دلیل، هوش مصنوعی و به‌ویژه یادگیری عمیق به دلیل توانایی بالایشان در پردازش تصاویر پزشکی، مورد توجه قرار گرفته‌اند. هدف این مطالعه، ارائه مدلی مبتنی بر شبکه عصبی کانولوشنی برای تشخیص دقیق  بیماری قلبی وکاهش نیاز به مداخلات انسانی است.
روش کار: در این پژوهش، مدلی مبتنی بر شبکه عصبی کانولوشنی برای تشخیص بیماری قلبی طراحی و پیاده‌سازی شد. برخلاف رویکردهای متداول که تصاویر را به‌صورت تک‌فریم یا موازی پردازش می‌کنند، در این مطالعه از ورودی‌های دوکاناله شامل تصاویر پایان دایستول و سیستول استفاده گردید تا پویایی چرخه قلبی بهتر منعکس شود. معماری پیشنهادی شامل لایه­های متعدد کانولوشن و تجمیع بیشینه بوده و برای جلوگیری از بیش‌برازش، لایه‌ حذف تصادفی به کار گرفته شد. علاوه بر این، تنظیم هایپرپارامترها از جمله نوع بهینه‌ساز و اندازه بچ و بهره‌گیری از روش‌های پیشرفته افزایش داده، به بهبود عملکرد شبکه کمک کرد.
نتایج: آزمایش‌ها بر روی مجموعه‌داده ACDC انجام شد و عملکرد مدل با معیارهای معتبر ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که رویکرد دوکاناله نسبت به مدل‌های تک‌فریم و موازی، بهبود قابل‌توجهی ایجاد می‌کند. همچنین، مقایسه با معماری‌های مرجع و الگوریتم‌های یادگیری ماشین، برتری روش پیشنهادی از نظر دقت و پایداری عملکرد را تأیید کرد.
نتیجه گیری: رویکرد دوکاناله می‌تواند ابزاری کارآمد در تشخیص بیماری‌های قلبی باشد. این روش با دقت بالاتر نسبت به مدل‌های مرجع و کاهش وابستگی به تفسیر انسانی، امکان جایگزینی بخشی از فرآیندهای سنتی را فراهم می‌سازد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Automatic Diagnosis of Cardiac Diseases Through Joint Analysis of End-Diastolic and End-Systolic MRI Frames Using a Convolutional Neural Network

نویسندگان [English]

  • Abdoreza Rezapour 1
  • Meghdad Farajpour 2
1 Department of Computer Engineering, Ast.C., Islamic Azad University, Astaneh Ashrafieh, Iran
2 Department of Managment, MehrAstan Institute of Higher Education, Astaneh Ashrafieh, Iran
چکیده [English]

Introduction: Magnetic resonance imaging (MRI) has become increasingly common for the diagnosis of cardiovascular diseases in recent years. However, this technique remains time‑consuming and prone to human error. These limitations highlight the need for artificial intelligence, particularly deep learning, which has demonstrated strong capabilities in processing medical images. The aim of this study is to present a convolutional neural network (CNN) model for accurate detection of heart disease while reducing reliance on human intervention.
Methods: In this research, a CNN‑based model was designed and implemented for cardiac disease diagnosis. Unlike conventional approaches that process images as single frames or in parallel, this study employed dual‑channel inputs consisting of end‑diastolic and end‑systolic images to better capture cardiac cycle dynamics. The proposed architecture included multiple convolutional and max‑pooling layers, with dropout layers applied to prevent overfitting. Furthermore, fine‑tuning of hyperparameters such as optimizer type and batch size, along with advanced data augmentation techniques, contributed to improved network performance.
Results: Experiments were conducted on the standard ACDC dataset, and model performance was evaluated using established metrics. Findings revealed that the dual‑channel approach achieved significant improvements compared to single‑frame and parallel models. Moreover, comparisons with baseline CNN architectures and traditional machine learning algorithms confirmed the superiority of the proposed method in terms of accuracy and stability.
Conclusion: The dual‑channel approach can serve as an effective and reliable tool for cardiac disease diagnosis. By offering higher accuracy and reducing dependence on human interpretation, this method has the potential to replace parts of conventional, costly diagnostic processes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MRI imaging
  • Heart disease
  • Deep learning
  • Convolutional neural network
  • End-diastole
  • End-systole