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基于卷积神经网络建立中药材自动识别的人工智能模型及应用程序
王甘红, 张子豪, 奚美娟, 夏开建, 周燕婷, 陈健
中国全科医学    2025, 28 (09): 1128-1136.   DOI:10.12114/j.issn.1007-9572.2024.0394
摘要   (121 HTML22 PDF(pc) (2690KB)(62)  

背景

传统中药材检测手段依赖主观经验,难以满足中药材在准确分类与鉴别方面的需求。

目的

基于卷积神经网络(CNN)开发一款能够自动识别163种中药材的人工智能模型及电脑端应用程序。

方法

2020年1月—2024年6月,采集了两个中药材数据集进行深度学习模型的训练、验证和测试,共包含163种中药材。通过准确率、灵敏度、特异度、精确率、受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)、F1分数等指标来衡量CNN模型的性能。在模型训练完成后,基于PyQt5技术开发了一款应用程序,供临床便携使用。

结果

本研究共纳入了276 767张图像,开发了EfficientNetB0、ResNet50、MobileNetV3、VGG19和ResNet18 5种模型,通过性能比较,EfficientNet_B0模型在验证集上取得了最高的准确率(99.0%)和AUC(0.994 2),被选为最佳模型。在测试集上,最佳模型对所有中药类别识别的准确率为99.0%、灵敏度为99.0%、特异度为100.0%、AUC为1.0,展现出良好的性能。

结论

基于卷积神经网络开发的深度学习模型能够快速准确地识别163种中药材,借助其高灵敏度的识别能力,为医师对中药材的鉴别提供有力辅助。



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图6 测试集中药材图像的二维语义特征图

注:不同颜色和形状代表不同的中药材图像类别,具有相似特征的类别在图中倾向于聚集。如果某些点群之间边界不清晰,表明模型在这些区域的分类性能存在重叠,导致分类困难。由于包含163个类别,仅展示部分图例。

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