شماره مدرك
21127
شماره راهنما
18115
پديد آورنده
ابطحي، ريحانه سادات
عنوان
طبقه بندي شدت بيماري آرتروز زانو با استفاده از تصاوير راديوگرافي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
هوش مصنوعي و رباتيك
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
هشت، 99ص. : مرور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
آرتروز زانو , يادگيري عميق , معيار كلگرن-لورنس , Grad-CAM
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/26
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي كامپيوتر
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/03/27
كد ايرانداك
23230459
چكيده فارسي
آرتروز زانو يكي از شايعترين عوامل ناتواني حركتي در جهان است كه تشخيص زودهنگام آن نقش كليدي در مديريت روند درمان دارد. با اين حال، تشخيص دقيق مراحل اوليه بيماري بر اساس تصاوير راديوگرافي و معيار كلگرن-لورنس (KL)، به دليل ماهيت ذهني و تفاوتهاي ناچيز بافتي، حتي براي متخصصين نيز چالشبرانگيز است. هدف اين پژوهش، توسعه يك سامانه هوشمند مبتني بر يادگيري عميق براي تشخيص و درجهبندي خودكار شدت آرتروز زانو است. در اين راستا، ابتدا معماريهاي مختلف شبكههاي عصبي پيچشي (VGG، EfficientNet، DenseNet) پيادهسازي و ارزيابي شدند. سپس با هدف افزايش دقت و پايداري، يك معماري يادگيري گروهي پشتهاي (Stacking Ensemble) توسعه داده شد كه در آن خروجي مدلهاي پايه توسط يك متا-طبقهبند SVM تلفيق ميشوند. همچنين، به منظور تفسيرپذيري مدل و واكاوي علل خطا، از تكنيكهاي بصريسازي Grad-CAM و تحليل فضاي ويژگي (PCA) استفاده شد. نتايج نشان داد كه مدل پيشنهادي با دستيابي به دقت ٪05/70 در طبقهبندي 5 كلاسه، عملكردي فراتر از مدلهاي انفرادي و بسياري از پژوهشهاي پيشين ارائه ميدهد. تحليلهاي بصري اثبات كرد كه مدل با استفاده از استراتژي برش تصوير (Cropping)، قادر به مكانيابي دقيق فضاي مفصلي است؛ اما همپوشاني شديد ويژگيها در مراحل اوليه (كلاس 0 و 1) مانع اصلي تفكيك كامل است. در نهايت، با ارائه يك راهكار غربالگري مبتني بر تفكيك افراد سالم از بيماران قطعي (حذف عدم قطعيت كلاس 1)، دقت سيستم به %2/87 افزايش يافت كه نشاندهنده قابليت بالاي آن براي بهكارگيري به عنوان دستيار هوشمند در محيطهاي باليني است.
چكيده انگليسي
Knee osteoarthritis (OA) is a leading cause of physical disability worldwide, making early diagnosis critical for effective disease management. However, accurate diagnosis in the early stages—based on radiographic images and the Kellgren–Lawrence (KL) grading system—remains challenging even for specialists due to its subjective nature and subtle tissue variations. This study proposes an intelligent deep learning-based system for the automated detection and severity grading of knee OA. To this end, various Convolutional Neural Network (CNN) architectures, including VGG, EfficientNet, and DenseNet, were implemented and evaluated. To further enhance accuracy and robustness, a stacking ensemble architecture was developed, in which the outputs of base models are fused using a Support Vector Machine (SVM) as the meta-classifier. Furthermore, Grad-CAM visualization and Principal Component Analysis (PCA) were employed to ensure model interpretability and investigate the root causes of misclassification. The proposed ensemble achieved an accuracy of 70.05% in five-class classification, outperforming individual base models and several state-of-the-art (SOTA) methods. Visual analysis confirmed that the model correctly localizes the joint space using a cropping strategy; however, severe feature overlap between KL Grades 0 (normal) and 1 (doubtful) remains the primary bottleneck. Finally, by adopting a two-stage screening strategy that distinguishes healthy individuals from definite OA patients (effectively mitigating the impact of ambiguous Grade 1 cases), the system’s accuracy improved to 87.2%, highlighting its strong potential as a reliable computer-aided diagnosis (CAD) tool in clinical settings.
استاد راهنما
نادر كريمي
استاد مشاور
شادرخ سماوي
استاد داور
فرزانه شايق بروجني , مينا اميري