基于迁移学习实现肺炎X光片诊断分类

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肺炎是全球范围内致死率较高的疾病之一，尤其是在老年人、免疫系统较弱的患者群体中，更容易引发严重并发症。传统上，肺炎的诊断依赖于医生的临床经验以及影像学检查，尤其是X光片，它在肺炎的早期筛查和诊断中扮演了至关重要的角色。然而，X光片的读取不仅需要专业的放射科医生，而且受到经验和疲劳等因素的影响，导致诊断结果的准确性存在一定的偏差。近年来，人工智能（AI）技术，尤其是深度学习在医学影像领域取得了显著进展。通过深度学习模型，计算机能够高效地从大量影像数据中学习到复杂的模式，并实现对疾病的自动识别和分类，极大地提高了诊断的速度和准确性。迁移学习作为深度学习的一种重要方法，能够通过在已有的、大规模的医学图像数据上预训练模型，并迁移到肺炎X光片的分类任务上，减少对大量标注数据的需求，这对资源有限、标注困难的医学领域尤为重要。

基于迁移学习的肺炎X光片诊断分类研究，不仅可以缓解医生在实际工作中因繁重工作负担导致的诊断错误问题，还能够通过高效、准确的自动化诊断方法，在早期筛查中提供帮助，尤其是在偏远地区或医疗资源匮乏的环境中，为患者提供及时的诊疗建议，极大地促进了医疗资源的合理分配。此外，该研究的成功实现还可以为其他疾病的X光片图像诊断提供借鉴，推动人工智能技术在医学领域的广泛应用。下面开始代码实战。

（1）导入相关模块

（2）构建数据集

（3）加载训练的网络

（4）调整模型

（5）设置测试集加载参数

（1）导入相关模块

import os
from PIL import Image
from glob import globimport torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torch.utils.data import Dataset, DataLoaderfrom torchvision import transforms
from torchvision.models import resnet50, ResNet50_Weights

（2）构建数据集

class ChestXRayDataset(Dataset):def __init__(self,dataset_dir,transform=None) -> None:self.dataset_dir = dataset_dirself.transform = transform# 获取文件夹下所有图片路径self.dataset_images = glob(f"{self.dataset_dir}/**/*.jpeg", recursive=True)# 获取数据集大小def __len__(self):return len(self.dataset_images)# 读取图像，获取类别def __getitem__(self, idx):image_path = self.dataset_images[idx]image_name = os.path.basename(image_path)image = Image.open(image_path)if "NORMAL" in image_name:category = 0else:category = 1if self.transform:image = self.transform(image)return image, category

（3）加载训练的网络

def prepare_model():# 加载预训练的模型resnet50_weight = ResNet50_Weights.DEFAULTresnet50_mdl = resnet50(weights=resnet50_weight)# 替换模型最后的全连接层num_ftrs = resnet50_mdl.fc.in_featuresresnet50_mdl.fc = nn.Linear(num_ftrs, 2)return resnet50_mdldef train_model():# 确定使用CPU还是GPUif torch.cuda.is_available():device = "cuda:0"else:device = "cpu"# 加载模型model = prepare_model()model = model.to(device)model.train()# 设置loss函数和optimizercriterion = nn.CrossEntropyLoss()optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9)# 设置训练集数据加载相关变量batch_size = 32chest_xray = r"E:\工作\硕士\博客\博客99-深度学习医学特征提取\deeplea test\deeplea test\archive\chest_xray"train_dataset_dir = os.path.join(chest_xray, "train")train_transforms = transforms.Compose([transforms.ToTensor(),transforms.Lambda(lambda x: x.repeat(3, 1, 1) if x.size(0) == 1 else x),transforms.Resize((224, 224)),transforms.RandomHorizontalFlip(),transforms.RandomVerticalFlip(),transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])])train_dataset = ChestXRayDataset(train_dataset_dir, train_transforms)train_dataloader = DataLoader(train_dataset,batch_size=batch_size,shuffle=True)

（4）调整模型

   for epoch in range(5):print_batch = 50running_loss = 0running_corrects = 0for i, data in enumerate(train_dataloader):inputs, labels = datainputs = inputs.to(device)labels = labels.to(device)optimizer.zero_grad()outputs = model(inputs)_, preds = torch.max(outputs, 1)loss = criterion(outputs, labels)loss.backward()optimizer.step()running_loss += (loss.item() * batch_size)running_corrects += torch.sum(preds == labels.data)if i % print_batch == (print_batch - 1):  # print every 100 mini-batchesaccuracy = running_corrects / (print_batch * batch_size)print(f'Epoch: {epoch + 1}, Batch: {i + 1:5d} Running Loss: {running_loss / 50:.3f} Accuracy: {accuracy:.3f}')running_loss = 0.0running_corrects = 0checkpoint_name = f"epoch_{epoch}.pth"torch.save(model.state_dict(), checkpoint_name)def test_model():if torch.cuda.is_available():device = "cuda:0"else:device = "cpu"# 加载模型checkpoint_name = "epoch_4.pth"model = prepare_model()model.load_state_dict(torch.load(checkpoint_name, map_location=device))model = model.to(device)model.eval()

（5）设置测试集加载参数

    batch_size = 32chest_xray = r"E:\工作\硕士\博客\博客99-深度学习医学特征提取\deeplea test\deeplea test\archive\chest_xray"test_dataset_dir = os.path.join(chest_xray, "test")test_transforms = transforms.Compose([transforms.ToTensor(),transforms.Lambda(lambda x: x.repeat(3, 1, 1) if x.size(0) == 1 else x),transforms.Resize((224, 224)),transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])])test_dataset = ChestXRayDataset(test_dataset_dir, test_transforms)test_dataloader = DataLoader(test_dataset,batch_size=batch_size,shuffle=False)# 在测试集测试模型with torch.no_grad():preds_list = []labels_list = []for i, data in enumerate(test_dataloader):inputs, labels = datainputs = inputs.to(device)labels = labels.to(device)outputs = model(inputs)_, preds = torch.max(outputs, 1)preds_list.append(preds)labels_list.append(labels)preds = torch.cat(preds_list)labels = torch.cat(labels_list)# 计算评价指标corrects_num = torch.sum(preds == labels.data)accuracy = corrects_num / labels.shape[0]# 输出评价指标print(f"Accuracy on test dataset: {accuracy:.2%}")if __name__ == "__main__":train_model()test_model()

输出结果：