Computer Viewing Model for Classification of Erythrocytes Infected with spp. Applied to Malaria Diagnosis Using Optical Microscope.

Journal: Medicina (Kaunas, Lithuania)
Published Date:

Abstract

Malaria is a disease that can result in a variety of complications. Diagnosis is carried out by an optical microscope and depends on operator experience. The use of artificial intelligence to identify morphological patterns in erythrocytes would improve our diagnostic capability. The object of this study was therefore to establish computer viewing models able to classify blood cells infected with spp. to support malaria diagnosis by optical microscope. A total of 27,558 images of human blood sample extensions were obtained from a public data bank for analysis; half were of parasite-infected red cells ( = 13,779), and the other half were of uninfected erythrocytes ( = 13,779). Six models (five machine learning algorithms and one pre-trained for a convolutional neural network) were assessed, and the performance of each was measured using metrics like accuracy (A), precision (P), recall, F1 score, and area under the curve (AUC). The model with the best performance was VGG-19, with an AUC of 98%, accuracy of 93%, precision of 92%, recall of 94%, and F1 score of 93%. Based on the results, we propose a convolutional neural network model (VGG-19) for malaria diagnosis that can be applied in low-complexity laboratories thanks to its ease of implementation and high predictive performance.

Authors

  • Eduardo Rojas
    Laboratorio de Investigación en Salud de Precisión, Departamento de Procesos Diagnósticos y Evaluación, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.
  • Irene Cartas-Espinel
    Laboratorio de Investigación en Salud de Precisión, Departamento de Procesos Diagnósticos y Evaluación, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.
  • Priscila Álvarez
    Laboratorio de Investigación en Salud de Precisión, Departamento de Procesos Diagnósticos y Evaluación, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.
  • Matías Moris
    Laboratorio de Investigación en Salud de Precisión, Departamento de Procesos Diagnósticos y Evaluación, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.
  • Manuel Salazar
    Laboratorio de Investigación en Salud de Precisión, Departamento de Procesos Diagnósticos y Evaluación, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.
  • Rodrigo Boguen
    Laboratorio de Investigación en Salud de Precisión, Departamento de Procesos Diagnósticos y Evaluación, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.
  • Pablo Letelier
    Laboratorio de Investigación en Salud de Precisión, Departamento de Procesos Diagnósticos y Evaluación, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.
  • Lucia San Martín
    Laboratorio de Investigación en Salud de Precisión, Departamento de Procesos Diagnósticos y Evaluación, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.
  • Valeria San Martín
    Laboratorio de Investigación en Salud de Precisión, Departamento de Procesos Diagnósticos y Evaluación, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.
  • Camilo Morales
    Departamento de Procesos Terapéuticos, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.
  • Neftalí Guzmán
    Laboratorio de Investigación en Salud de Precisión, Departamento de Procesos Diagnósticos y Evaluación, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile.