I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   15 ,   N o .   4 A ugus t   20 25 ,   pp .   4318 ~ 4331   IS S N :   2088 - 8708 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 15 i 4 . pp 4318 - 4331             4318       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om   S h e a r l e t - b a sed tex t u r e   a n a l y s i a n d   d e e p   l e a r n i n g   f o r   o st e o p o r o s i c l a ssi f i c a t i o n   i n   l u m b a r   v e r t e b r a e       P oo r v i th H u l l u k e r e   R am ak r i s h n a 1 ,   C h an d r ak al a   B e tu r p al ya   M u d d ar aju 1   B h an u s h r e e   K o th ath i   J aya r am u 2 ,   S h o b h N ar as i m h amu r th y 3   1 D e p a rt m e n t   o f   I n fo r m a t i o n   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   D a y a n a n d a   S a g a C o l l e g e   o f   E n g i n e e ri n g ,   Ba n g a l o re   V i s v e s v a ra y a   T e c h n o l o g i c a l   U n i v e r s i t y ,   B e l a g a v i ,   I n d i a   2 D e p a rt m e n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   Ba n g a l o r e   I n s t i t u t e   o T e c h n o l o g y ,   Ba n g a l o re ,     V i s v e s v a ra y a   T e c h n o l o g i c a l   U n i v e r s i t y ,   B e l a g a v i ,   I n d i a   3 D e p a rt m e n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   D e s i g n ,   D a y a n a n d a   S a g a C o l l e g e   o E n g i n e e ri n g ,   Ba n g a l o r e   V i s v e s v a ra y a   T e c h n o l o g i c a l   U n i v e r s i t y ,   B e l a g a v i ,   I n d i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e S e 2,   20 24   R e v i s e A pr   9 ,   2025   A c c e pt e M a y   24,   20 25       O s t e o po r o s i s   i s   a   bo ne   di s o r de r   c ha r a c t e r i z e d   by   r e duc e d   bo ne   de ns i t y   a nd   i nc r e a s e d   f r a c t u r e   r i s k .   I t   c ha l l e ng e s   s o c i e t y ' s   he a l t h ,   r e m a r ka bl y   a m o ng   t he   e l d e r l y   po pul a t i o n.   T hi s   r e s e a r c p r o po s e a i nno v a t i v e   m e t ho by   c om bi ni ng   S h e a r l e t - t r a n s f o r m   ( S T )   s p e c t r a l   a na l y s i s   w i t h   a   de e p   l e a r n i ng   ne ur a l   ne t w o r k   ( D L N N )   a nd   a   c o nvo l ut i o na l   ne ur a l   n e t w o r k   ( C N N ) ,   f o r   o s t e o po r o s i s   c l a s s i f i c a t i o i l um b a r   v e r t e b r a e   ( L V )   L 1 - L of   s pi ne   X - r a y   i m a g e s .   T he   S T   e n a b l e s   pr e c i s e   e x t r a c t i o n   o f   t e xt ur e   f e a t ur e s   f r o m   i m a g e s   by   c a pt ur i ng   s i g ni f i c a n t   i nf o r m a t i o r e g a r di ng   t r a be c u l a r   bo n e   m i c r o - a r c hi t e c t u r e   a nd   bo ne   m i ne r a l   de n s i t y   ( B M D )   v a r i a t i o ns   r e v e a l i ng   i n   o s t e o po r o s i s   r e g i o ns .   T he s e   e x t r a c t e d   f e a t ur e s   s e r v e   a s   i npu t   t o   a   D L N N   f o r   a ut o m a t e c l a s s i f i c a t i o o f   o s t e o po r o t i c   a nd  no n - o s t e o po r o t i c   v e r t e b r a e .   S i m i l a r l y ,   w i t ho ut   e xt r a c t i ng   a ny   f e a t u r e s   f r o m   S T   i m a g e   i s   d i r e c t l y   us e a s   a i npu t   t o   t he   C N N   t o   c l a s s i f y   t he   i m a g e s .     T h e   e xpe r i m e n t a l   r e s u l t s   hi g hl i g ht   t he   f r a m e w o r k' s   e f f e c t i v e ne s s ,   a c hi e v i ng   96 %   a c c ur a c y   i o s t e o po r o s i s   i m a g e   c l a s s i f i c a t i o us i ng   C N N .   E a r l y   a nd  pr e c i s e   d e t e c t i o n   o f   o s t e o po r o s i s ,   pa r t i c ul a r l y   i t he   l um ba r   v e r t e br a e ,   i s   v i t a l   f o r   e f f e c t i v e   t r e a t m e nt   a nd   f r a c t ur e   pr e v e nt i o n.   T h i s   s t udy   pa r t i c ul a r l y   e m pha s i z e s   t he   po t e nt i a l   a nd   e f f e c t i v e ne s s   o f   i n t e g r a t i ng   i m a g e   s pe c t r a l   a na l y s i s   t e c hni qu e   w i t h   N N ,   t o   i m p r o v i ng   di a g no s t i c   a c c ur a c y   a nd  c l i n i c a l   de c i s i o n - m a ki ng   i n   o s t e o po r o s i s   m a na g e m e n t .   Ke y w or d s :   Cl a s s i f i c a t i o n   L um b a v e r t e b r a e   N e ur a l   n e t w o r k   O s t e o p o r o s i s   S h e a rl e t   t r a n s f o r m   T hi s   i s   an   ope n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e ns e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   Cha n d ra k a l a   B e t u r pa l y a   M udda r a j u     D e pa rt m e n t   o f   In f o r m a t i o n   S c i e n c e   a n d   E ngi n e e r i n g D a y a na n da   S a g a Co l l e ge   o f   E n g i n e e ri n g   D a y a n a n d a   S a ga Co l l e ge   o f   E n gi n e e ri n g ,   B a n g a l o r e - 560078 ,   I ndi a   E m a i l :   c ha n d ra ka l a b m @ y a h o o . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N   O s t e o p o r o s i s   i s   c h a ra c t e ri z e by   r e duc e bo n e   de n s i t y   a n i n c r e a s e v ul n e r a b i l i t y   t o   f r a c t u r e s   a f fe c t i n g   m i l l i o n s   w o r l dw i de ,   p a r t i c ul a rl y   t h e   e l de rl y   po pul a t i o n.     E s pe c i a l l y   i c ri t i c a l   a r e a s   l i ke   t h e   l um b a v e r t e b r a e   a r e   v i t a l ,   i t   n e e ds   e f f e c t i v e   m a n a ge m e nt   o f   bo n e   di s o r de c o n di t i o b e c a us e   o f   i t s   i m po r t a n c e   i t h e   bo d y .   W h i l e   t ra di t i o n a l   d i a g n o s t i c   m e t h o ds   l i ke   dua l - e n e r g y   X - r a y   a b s o r pt i o m e t r y   (D E X A s c a p r o v i de s   v a l ua b l e   i n f o r m a t i o o f   bo n e   m i n e ra l   de n s i t y   ( B M D ),   t h o ug h   o f t e n   l a c o f   c a pt u r i n de t a i l e d   s t r uc t u ra l   v a r i a t i o n s   t ha t   a f f e c t   f r a c t ur e   ri s k.   O v e t h e   p a s t   f e w   y e a r s ,   a dv a n c e m e nt s   i m e d i c a l   i m a g i ng   a nd   m a c hi n e   l e a rni ng   ( M L )   t e c hni q ue s   a re   p r o m i s i ng   i i m p ro v i ng   o s t e o po r o s i s   d i a g n o s i s   b y   c o ns i de ri ng   b o n e   m i c r o a r c hi t e c t u r e   i t he   i m a ge .   T hi s   p a pe r   hi g hl i g ht s   t h e   re s e a r c g a p   a nd   p r e s e nt s   n o v e l   c o nt ri b u t i o n s   s uc h   as :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708         She ar l e t - bas e t e x t ur e   a nal y s i s   a nd  d e e l e ar n i ng   f or   os t e o por os i s     ( P oor v i t ha   H ul l uk e r e   R am a k r i s hna )   4319   a.   O s t e o p o r o s i s ,   a   d i s e a s e - c a us i n r e duc e b o n e   de n s i t y   a n s t r uc t u ra l   de t e r i o ra t i o n,   po s e s   a   s i g n i f i c a nt   r i s k   t o   l um b a v e r t e b r a e .     b.   Cu rr e nt   di a g n o s t i c   m e t h o ds   a r e   c o s t l y ,   i n v a s i v e   a n d   r e l i a nt   o n   s ub j e c t i ve   i n t e r p r e t a t i o n .   T ra d i t i o n a l   t e xt u r e   a na l y s i s   n o t   a b l e   t o   c a pt u r e   m u l t i - s c a l e   a n d   di r e c t i o n a l   f e a t u r e s   e s s e n t i a l   f o r   a c c u r a t e   c l a s s i f i c a t i o n.   c.   T h e   S T ,   w i t h   i t s   c a pa b i l i t y   t o   a n a l y s e s   a n i s o t r o pi c   s t r uc t u re s ,   c o m b i n e w i t n e u r a l   n e t w o r ks ,   o ff e r s   a   pr o m i s i n g   s o l ut i o n.     d.   T h i s   r e s e a r c h   p a pe a i m s   t o   de v e l o a   S h e a rl e t - b a s e t e xt u r e   a n a l y s i s   w i t N N   f ra m e w o r f o r   r e l i a b l e   a nd  a c c ur a t e   o s t e o p o r o s i s   c l a s s i f i c a t i o i l um b a v e r t e b r a e .   D o n e t   a l .   [ 1]   a i m s   t o   c l a s s i fy   o s t e o p o r o s i s   us i n g   de e l e a rni n g   o l um b a s pi n e   X - ra y s ,   a c hi e v i n g   hi g a c c u r a c y   t hr o ug a   c o n v o l ut i o na l   n e u ra l   n e t w o r (C N N ).   It   c o m pa r e s   t h e   m o de l ’s   pe r f o r m a n c e   w i t t r a d i t i o n a l   m e t h o ds .   T h e   ke y   ga i n c l u de s   t h e   n e e f o r   m o r e   di v e r s e   da t a s e t s   t o   i m p r o v e   ge n e r a l i z a t i o n.   Int e rp r e t a b i l i t y   of   t h e   m o de l   de c i s i o n s   r e m a i n s   a   c ha l l e n ge   fo r   c l i ni c a l   a do pt i o n .   A ddi t i o n a l   i n v e s t i ga t i o n   i s   r e qui r e d   o p r a c t i c a l   i nt e g r a t i o a n d   c o m pa ri s o w i t n e w e t e c hn i q ue s .   Z ha n g   e t   al .   [2]   de v e l o pe a   de e p   l e a rn i ng  n e u r a l   n e t w o r (D L N N m o de l   t o   c l a s s i fy   o s t e o p e ni a   a n o s t e o po r o s i s   us i n l um b a r   s pi n e   X - ra y   i m a ge s .   T h e   m o de l   de m o n s t ra t e p r o m i s i n pe r f o r m a n c e ,   a c hi e v i n a n   a r e a   u n de r   t h e   c ur v e   (A U C)  of   0. 767  fo r   di a g n o s i ng   o s t e o p o r o s i s   a n d   0 . 78 7   f o r   o s t e o pe n i a   i t h e   t e s t   d a t a s e t .   D i a g n o s t i c   n e t w o r ks   b a s e o de e p   l e a rn i n c o ul b e   e ff e c t i v e   fo r   s c r e e ni n g   o s t e o p o r o s i s   a n d   o s t e o pe n i a   b a s e o n   l u m b a s pi n e   r a di o gra p h s .   H ow e ve r ,   f urt h e r e s e a r c i s   n e c e s s a r y   t o   v e r i fy   a n d   e nh a n c e   di a g n o s t i c   a c c u r a c y   of   D L N N   m o de l s .   X ue   e t   al .   [3]   p r e s e nt s   a   m u l t i - s c a l e   w e i ght e f us i o n   c o nt e xt ua l   t ra n s f o r m e n e t w o r (F Co T N e t )   f o r   o s t e o p o r o s i s   pr e di c t i o i l u m b a s p i n e   X - ra y   i m a ge s .   T h e   m o de l   a c h i e ve hi g a c c ur a c y ,   s e n s i t i v i t y ,   a nd  s pe c i f i c i t y ,   o ut pe r f o r m i n g   c l i ni c i a pe r f o r m a n c e   i a   5 - f o l c r o s s - va l i da t i o n.   F Co T N e t   de m o n s t ra t e s   po t e nt i a l   f o r   i m p r o v i n g   a u t o m a t e o s t e o po r o s i s   de t e c t i o n .   H ow e ve r ,   t h e   da t a s e t   s i z e   a n n u m b e r   o f   c l i n i c i a n s   i n v o l v e d   w e r e   n o t   s pe c i f i e d,   l i m i t i ng  t h e   ge n e ra l i z a b i l i t y   a s s e s s m e nt .   T h e   s t udy   s ugge s t s   t h a t   t ra n s f o r m e r - b a s e m o de l s   c a e nh a n c e   d i a g n o s t i c   t o o l s   i n   h e a l t h c a r e .   F a n   e t   al .   [4]   e xpl o r e s   o s t e o po r o s i s   pr e - s c r e e ni n w i t pa n o ra m i c   r a d i o gra p h s   us i ng  a   D L N N   w i t h   a n   a t t e nt i o m e c ha n i s m .   T h e   m o de l   a i m s   t o   i m p r o v e   t h e   i de nt i f i c a t i o n   o f   o s t e o p o r o s i s   by   fo c us i n o r e l e v a nt   f e a t ur e s   i p a n o ra m i c   X - r a y   i m a ge s .   T h e   a t t e n t i o n   m e c h a ni s m   i m p r o v e s   m o de l   i n t e r p r e t a b i l i t y   a n a c c ura c y .   T h e   m e t h o d   de m o n s t ra t e d   p r o m i s i ng  r e s ul t s   i n   a ut o m a t e s c r e e n i n g .   T h e   s t udy   h i g h l i g h t s   t h e   p o t e n t i a l   o f   i nt e g r a t i n g   a t t e n t i o m e c ha ni s m s   t o   e nha n c e   D L N N   fo r   o s t e o p o r o s i s   de t e c t i o n .   W a ng  e t   a l .   [5]   de v e l o ps   a   m e t h o f o r   e s t i m a t i n g   l u m b a r   B M D   f r o m   X - ra y   i m a ge s   t hr o ug h   a a na t o m y - a w a r e   a t t e n t i v e   m u l t i - r e gi o n   o f   i n t e r e s t   (R O I)  m o de l .   T h e   a p p r o a c h   i n c o r po ra t e s   a t t e n t i o n   m e c ha n i s m s   t o   hi g hl i g ht   pe r t i n e nt   r e gi o n   o f   i n t e r e s t   (R O I)  i n   X - ra y   i m a ge s ,   i m p r o v i n B M D   e s t i m a t i o a c c ur a c y .   T h e   m e t h o o ut pe r f o r m s   c o n v e n t i o n a l   a pp r o a c h e s   i n   t e r m s   o f   a c c ur a c y   a n d   r o b us t n e s s .   H ow e ve r ,   t h e   s t udy   pr i m a ri l y   fo c us e s   o n   B M D   e s t i m a t i o n ,   a n d   i t s   pe r f o r m a n c e   o n   o s t e o po r o s i s   de t e c t i o n   s pe c i f i c a l l y   r e m a i n s   u n c l e a r .   A ddi t i o n a l   s t udi e s   a r e   r e qui r e t o   e v a l ua t e   t h e   m o de l   c l i ni c a l   a p pl i c a b i l i t y   i n   b r o a de r   o s t e o po r o s i s   di a g n o s i s .   N gu y e n   e t   al .   [6]   p r e s e n t s   a   m e t h o f o r   e s t i m a t i n l um b a r   B M D   e xt ra c t e f r o m   X - ra y   i m a ge s   t hr o ugh  a n   a na t o m y - a w a r e   a t t e nt i v e   R O m o de l .   T h e   m o de l   e m pl oy s   a t t e n t i o n   m e c ha n i s m s   t o   c o n c e n t r a t e   o t h e   r e l e v a n t   a s pe c t s   o f   R O i n   t h e   i m a ge s ,   e nha n c i n g   t h e   a c c ur a c y   of   B M D   e s t i m a t i o n.   T h e   a pp r o a c h   s t a n ds   o ut   c o n ve n t i o n a l   m e t h o ds   i n   a c c ura c y   a n d   r o b us t n e s s .   H ow e ve r ,   t h e   m o de l   i s   f oc us e o n   B M D   e s t i m a t i o ra t h e r   t h a di r e c t   o s t e o po r o s i s   di a g n o s i s ,   w h i c h   l i m i t s   i t s   a ppl i c a b i l i t y   t o   b r o a de r   c l i ni c a l   s e t t i n gs .   F u r t h e w o r i s   r e qu i r e t o   e v a l ua t e   i t s   po t e n t i a l   i o s t e o p o r o s i s   de t e c t i o n .   S o e gi j o ko   e t   a l .   [ 7]   f oc us e s   o n   t ra b e c ul a pa t t e rn s   i n   p r o xi m a l   f e m u r   ra di o g r a p h s   f o r   o s t e o po r o s i s   de t e c t i o n .   T h e   a p p r o a c h   s h o w e po t e n t i a l   f o r   a ut o m a t i c   s c r e e n i n g   a nd  d i a g n o s i s .   H ow e v e r ,   t h e   m o de l   do e s   n o t   s pe c i fy   t h e   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s ,   s uc h   a s   a c c ur a c y   o r   s e n s i t i v i t y ,   w h i c h   a r e   v i t a l   f o a s s e s s i n g   m o de l   e ff e c t i v e n e s s .   O ngo i ng  r e s e a r c i s   e s s e n t i a l   t o   v a l i da t e   t h e   m e t h o r o b us t n e s s   a nd  c l i n i c a l   a pp l i c a b i l i t y .   J e o n g   e t   al .   [8]   i n v e s t i ga t e s   b o n e   pa t t e rn s   i o s t e o p o r o s i s   t hr o ugh  t e xt u r e   pa ra m e t e r s   t o   c h a ra c t e r i z e   b o n e   a r c h i t e c t u r e .   T h e   m e t h o qu a n t i f i e s   bo n e   t e xt u r e   f e a t u r e s   i n   ra d i o gra p h i c   i m a ge s   t o   a s s i s t   i t h e   d i a gn o s i s   o f   o s t e o p o r o s i s .   T h e   m o de l   di s pl a y s   t h e   po t e n t i a l   f o i de n t i fy i n g   o s t e o p o r o t i c   c h a nge s   i b o n e   s t r uc t ur e .   H ow e v e r ,   t h e   m o de l   do e s   n o t   r e po rt   s pe c i f i c   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s ,   w hi c h   a r e   e s s e n t i a l   f o r   e v a l ua t i n t h e   m o de l   c l i n i c a l   u t i l i t y .   A ddi t i o n a l   v a l i da t i o a nd  c o m pa ri s o n   w i t h   o t h e r   di a g n o s t i c   t e c hni que s   a r e   n e c e s s a r y   t o   de t e r m i n e   i t s   e f fe c t i ve n e s s .   H o n e t   a l .   [9]   pr e s e nt s   a   de e p - l e a rn i ng - b a s e a pp r o a c h   f o r   de t e c t i n g   v e r t e b ra l   f r a c t u r e s   a n o s t e o po r o s i s   us i n g   l a t e r a l   s pi n e   X - ra y   r a di o g r a p h s .   T h e   m o de l   de m o n s t ra t e hi g h   a c c ura c y   i n   de t e c t i n b o t h   c o n d i t i o n s ,   o ut pe r f o r m i n g   t r a d i t i o n a l   m e t h o ds .   H ow e v e r ,   t h e   m o de l   ge n e r a l i z a t i o t o   di v e r s e   po pul a t i o n s   a nd  c l i ni c a l   s e t t i ngs   w a s   n o t   f ul l y   e xpl o r e d   a n d   b r o a de v a l i da t i o a n d   c o m pa ri s o w i t o t h e di a g n o s t i c   t e c hn i que s   a r e   e s s e n t i a l .   Mu   e t   al .   [ 10]   e xpl o r e s   t h e   a ppl i c a t i o o f   de e l e a rni n g - b a s e d   m e di c a l   i m a gi ng   i t h e   t r e a t m e n t   o f   l u m b a r   de ge n e ra t i v e   di s e a s e s .   T h e   m o de l   h o l ds   p r o m i s e s   f o r   a c c ura t e   di a g n o s i s   a n t r e a t m e n t   pl a nn i ng;   h o w e v e r ,   i t   l a c ks   de t a i l e m e t r i c s   f o r   e v a l ua t i ng  i t s   pe r f o rm a n c e   i c l i ni c a l   s e t t i n gs .   T h e   m e t h o a l s o   do e s   n o t   a dd r e s s   t h e   d a t a s e t   s i z e ,   w hi c c o ul i m pa c t   t h e   m o de l   ge n e ra l i z a t i o n .   A dd i t i o n a l   r e s e a r c a nd  v a l i d a t i o o l a r ge r   da t a s e t s   a r e   n e c e s s a r y   t o   e v a l ua t e   i t s   p ra c t i c a l   c l i n i c a l   a pp l i c a b i l i t y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   15 ,   N o .   4 A ugus t   20 25 :   431 8 - 4331   4320   K i m   e t   al .   [1 1]   p r o po s e s   a   p r e di c t i o m o de l   f o r   s p i na l   o s t e o p o r o s i s   us i ng  l um b a r   s p i n e   X - r a y   i m a ge s ,   e m pl o y i n t r a n s f e l e a rn i ng   w i t de e CN N s .   T h e   m o de l   l e v e r a ge s   p r e - t ra i n e d   m o de l s   t o   e nha n c e   a c c ur a c y   i o s t e o p o r o s i s   de t e c t i o n .   It   de m o n s t ra t e d   p r o m i s i n r e s ul t s ,   b ut   d a t a s e t   s i z e   a nd   di v e r s i t y   w e r e   n o t   f ul l y   di s c l o s e d,   r a i s i n g   c o n c e rn s   a b o ut   i t s   a ppl i c a b i l i t y   t o   di f fe r e nt   po pul a t i o n s .   F u r t h e r   v a l i d a t i o n   a c r o s s   l a r ge r ,   m o r e   d i v e r s e   da t a s e t s   i s   r e c o m m e n de t o   a s s e s s   t h e   m o de l   r o b us t n e s s .   K o n g   e t   al .   [12]   de v e l o ps   a   de e l e a rni n g - b a s e m o de l   f o r   p r e di c t i ng   s pi na l   f ra c t u r e s   us i ng   s pi n e   X - r a y   i m a ge s .   T h e   m o de l   ut i l i z e s   CN N s   t o   i de n t i fy   f r a c t u r e   ri s k,   s h o w i n hi g p r e di c t i v e   a c c ur a c y ,   h o w e v e r ,   m a k i n g   i t   c ha l l e n g i n g   t o   f ul l y   e v a l ua t e   i t s   c l i ni c a l   ut i l i t y .   A ddi t i o n a l l y ,   t h e   d a t a s e t   us e d   w a s   n o t   l a r ge   o r   di v e r s e   e n o ug h   t o   ge n e r a l i z e   t h e   r e s ul t s   a c r o s s   di f f e r e n t   po pul a t i o n s   a n d   m o r e   r e s e a r c w i t l a r ge r   d a t a s e t s   a n d   c l i ni c a l   v a l i da t i o i s   n e c e s s a r y .   K i m   e t   a l .   [ 13]   c o m pa r e s   de e l e a rn i n g   m o de l s   us i n a n t e r o po s t e r i o r   a n l a t e ra l   X - ra y s   fo r   de t e c t i n g   o s t e o po r o t i c   v e r t e b r a l   c o m p r e s s i o f r a c t u r e s .   B o t m o de l s   de m o n s t ra t e p r o m i s i n g   pe r f o r m a n c e   by   ut i l i z i n g   CN N s   f o r   f ra c t u r e   de t e c t i o n.   H ow e ve r ,   t h e   m o de l   l a c ks   c o m pa r a t i v e   a dv a n t a ge   o v e r   t r a di t i o na l   m e t h o ds   w a s   n o t   f ul l y   e xpl o r e d.   A dd i t i o na l   v a l i d a t i o n   w i t h   v a ri e da t a s e t s   i s   r e qui r e d   t o   v e r i fy   i t s   ge n e ra l i z a t i o n   a n d   c l i ni c a l   a pp l i c a b i l i t y .   M e b a r ki a   e t   a l .   [14]   r e v i e w s   t h e   p r o gr e s s i o o f   X - r a y   i m a ge   a n a l y s i s   t e c hn i q ue s   f o r   o s t e o p o r o s i s   di a g n o s i s ,   f r o m   s h a l l o w   t o   de e l e a rni n g   m e t h o ds .   It   e xpl o r e s   v a ri o us   m o de l s ,   i n c l udi ng   t ra di t i o na l   i m a ge   p r o c e s s i n g   a nd   m o de rn  de e p   l e a rni n g   t e c hn i que s   f o r   a c c ura t e   de t e c t i o n .   I t   hi g h l i g ht s   t h e   a dv a nt a ge s   o f   de e l e a rni n g   i n   i m p r o v i n g   di a gn o s t i c   a c c ura c y .   H ow e v e r ,   i t   do e s   n o t   p r o v i de   s pe c i f i c   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   o r   a   d i r e c t   c o m pa ri s o n   o f   m e t h o ds .   M o r e   r e s e a r c i s   n e c e s s a r y   t o   a s s e s s   t h e s e   t e c hn i q ue s   i a c t u a l   c l i ni c a l   e n v i r o nm e n t s .   T o   a d d r e s s   t h e   g a p   i e x i s t i ng   r e s e a r c h,   t hi s   pa pe p r e s e nt s   S h e a rl e t - t ra n s f o r m   (S T )   b a s i s   s pe c t r a l   a n a l y s i s   t e c h ni que ,   w hi c ha s   ga i n e a t t e nt i o f o i t s   a b i l i t y   t o   e xt r a c t   a n d   a na l y z e   t e xt ur e   f e a t u r e s   i   X - ra y   s pi n e   i m a ge s   (L V   f r o m   L 1 - L 4)   w i t h i g p r e c i s i o n.   T h i s   m ul t i s c a l e ,   m u l t i - di r e c t i o n a l   t ra n s f o r m   i s   de s i gn e t o   c a pt u r e   di r e c t i o na l   f e a t u r e s   a n e dge s   i n   i m a ge s ,   p r e s e r v i ng  i m po rt a nt   di r e c t i o n a l   i n f o r m a t i o n.   U n l i ke   t ra di t i o n a l   m e t h o ds   s uc a s   F o ur i e o w a v e l e t   t r a n s f o r m s ,   t h e   S T   t e c hn i que   i s   pa rt i c ul a r l y     e ffe c t i ve   fo r   a n a l y z i n c o m pl e t e xt u r e s   i n   l um b a r   v e rt e bra e .   T h e   s t udy   a ppl i e s   S T   s pe c t r a l   a na l y s i s   fo r   o s t e o p o r o s i s   c l a s s i f i c a t i o n   by   e xt r a c t i n f e a t u r e s   t ha t   r e f l e c t   b o n e   m i c r o a r c h i t e c t ur e   a n de n s i t y   v a r i a t i o n s .   W i t h   D L N N   a n d   CN N   m o de l s ,   t hi s   a pp r o a c h   de m o n s t ra t e s   i m p r o v e a c c ur a c y   a n r o b us t n e s s   i n   o s t e o po r o s i s   de t e c t i o n .       2.   P R O P O S ED   M O D EL     T h i s   pa pe r   i n t r o duc e s   a   t e c hni que   f o r   c l a s s i f y i n l u m b a r   s p i n e   (L 1 - L 4)  X - r a y   i m a ge s   t o   di s t i n gu i s b e t w e e n   h e a l t h y   a nd  o s t e o po r o t i c   c o n di t i o n s ,   a s   i l l us t ra t e i F i gu r e   1.   T h e   p r o c e s s   i n v o l ve s   t hr e e   s t e ps .     a.   P r e p r o c e s s i n g:   E nha n c e m e nt s   l i ke   s ha r pe n i n g   m a ke   f i n e   t e x t ur e s   i n   t h e   X - ra y   i m a ge   m o r e   v i s i b l e .   b.   T r a n s f o r m a t i o n :   A pp l i c a t i o o f   S T   t o   t h e   e nha n c e i nput   i m a ge s .   c.   Cl a s s i f i c a t i o n :   T ra n s f o r m e i m a ge s   a r e   c l a s s i f i e di r e c t l y   w i t h   CN N .   I a ddi t i o n,   a   D L N N   i s   a pp l i e t f e a t ur e s   de r i v e f r o m   t h e   S T   i m a ge s .           S h r e a l e t   T r a n s f o r m   C N N D L N N   F e a t u r e   E x t r a c t i o n   H e a l t h y   O s t e o p o r o s i s   P r e - p r o c e s s i n g     F i gu r e   1 .   O u t l i n e m o de l       2. 1 .     P r e - p r o c e s s i n g   T h i s   s t e e nha n c e s   X - ra y   i m a ge s   (L 1 - L 4)  f o r   b e t t e r   v i s i b i l i t y   a nd  t e xt u r e   qua l i t y   o f t e n   i n v o l v e s   a dv a n c e p r e pr o c e s s i n g   t e c hni que s ,   l i ke   c o n t ra s t   l i m i t e a da p t i v e   h i s t o g r a m   e qua l i z a t i o (CL A H E [15]   c o m b i n e w i t e dge - p r e s e r v i n g   f i l t e r   [ 16]   f o r   b e t t e e nha n c e m e n t .   CL A H E   i m p r o v e s   c o n t r a s t   a da p t i v e l y   b y   l i m i t i n g   t h e   a m pl i f i c a t i o o f   n o i s e .   T o   f urt h e r   r e f i n e   t h e   r e s ul t s ,   e dge - p r e s e r v i ng  f i l t e r s   l i ke   t h e   b i l a t e ra l   f i l t e a r e   us e t o   s m o o t h   t e x t u r e s   w h i l e   p r e s e r v i n g   e dge s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708         She ar l e t - bas e t e x t ur e   a nal y s i s   a nd  d e e l e ar n i ng   f or   os t e o por os i s     ( P oor v i t ha   H ul l uk e r e   R am a k r i s hna )   4321   2. 2 .     S h e a r l e t - tr an s fo r m   T h e   s pe c t ra l   a na l y s i s   a l l o w s   t o   a na l y z e   f r e que n c y   i n f o r m a t i o n   o f   t h e   S h e a rl e t - t ra n s f o r m e d   c oe ff i c i e n t s   a c r o s s   di f f e r e n t   s c a l e s   a nd  o ri e n t a t i o n s   [17 ] ,   [1 8] .   T hi s   p r o v i de s   di s pa ri t i e s   o f   i n t e n s i t y   di s t r i b ut i o n   o f   i m a ge   f e a t u r e s   a n d   t e xt u r e s   i t h e   s pe c t r a l   do m a i n ,   w h i c h   i s   v i t a l   t o   i m a ge   a s pe c t s ,   i n c l ud i n g   f e a t ur e   e xt ra c t i o n ,   de n o i s i n g   a nd  c l a s s i f i c a t i o n .   T h e   S T   s p e c t r a l   a n a l y s i s   pr o v i de s   a   r o b us t   f ra m e w o r f o r   i m a ge   a n a l y s i s ,   pa rt i c ul a r l y   i t a s ks   w h e r e   di r e c t i o n a l   a n d   s c a l e - de pe n de n t   f e a t u r e s   a r e   c r uc i a l .   By   de c o m po s i n g   i m a ge s   i n t o   S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t s   a nd  a na l y z i n g   t h e i r   s pe c t ra l   p r o pe r t i e s   t o   o b t a i u n de r l y i n g   t e xt u r e   s t ruc t u r e   o f   t h e   i m a ge s .   It   c o v e r s   t h e   po t e n t i a l   o f   t ra di t i o na l   t r a n s f o r m s   t e c hn i que s   l i ke   F o uri e o w a ve l e t   t r a n s f o r m s   b y   offe r i n g   hi g h e di r e c t i o n a l   s e l e c t i v i t y   a nd   s pa r s i t y   pr o pe rt i e s .   T h e   S T   de c o m po s e s   t h e   i m a ge   i nt o   a   g r o up  o f   l o c a l i z e a nd  o ri e nt e b a s i s   f un c t i o n s ,   kn o w n   a s   S h e a r l e t s ,   w h i c h   a r e   s e n s i t i v e   t o   e dge s   a n d i s t i n c t i v e   pi xe l   i nt e n s i t y   v a r i a t i o n s   i n   t h e   i m a ge .   S h e a r l e t s   a r e   de f i n e by   s c a l e ,   o r i e nt a t i o a nd  l o c a t i o n ,   e n a b l i ng  t h e m   t o   a c c ura t e l y   r e p r e s e n t   i m a ge   f e a t u r e s   a c r o s s   v a r i o us   s c a l e s   a n di r e c t i o n s .     2. 2 . 1.   S h e a r l e t r an s fo r m s   s p e c t r al   an al ys i s   fo r   an   i m ag e   O s t e o p o r o s i s   c l a s s i f i c a t i o i l u m b a r   v e rt e b r a e   (L 1 - L 4) ,   t h e   S T   s pe c t ra l   a n a l y s i s   i n v o l v e s   a ppl y i n t h e   S T   t o   ra di o g r a p hi c   i m a ge s   [19] ,   [20]   o f   l u m b a v e r t e b ra e   t o   e xt r a c t   t e xt u r e   f e a t ur e s   i ndi c a t i v e   o f   bo n e   m i c r o a r c hi t e c t u r e   a n d   de n s i t y   v a r i a t i o n s   a s s o c i a t e w i t o s t e o p o r o s i s .   T h e   s pe c t r a l   a na l y s i s   a s pe c t   i n v o l ve s   a n a l y z i n t h e   f r e que n c y   i n f o r m a t i o n   o f   t h e   S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t s   o b t a i n e f r o m   t ra n s f o r m a t i o n .   T h i s   s pe c t r a l   i n f o r m a t i o p r o v i de s   i n s i g ht s   i n t o   t h e   f i n e   t e xt u r e   i n f o r m a t i o n   o f   i m a ge   f e a t ur e s   a c r o s s   di f f e r e n t   s c a l e s   a nd  o r i e nt a t i o n s ,   a l l o w i n f o r   a   c o m pr e h e n s i v e   c h a r a c t e r i z a t i o of   t h e   t e xt u r a l   c ha ra c t e ri s t i c s   o f   t h e   v e r t e b r a e .   M a t h e m a t i c a l l y ,   i s pe c t ra l   a na l y s i s ,   t h e   F o ur i e t ra n s f o r m   of   t h e   S h e a r l e t   c o e ff i c i e n t s   i s   c o m put e a t   e a c s c a l e   a nd  o r i e n t a t i o n.   T h e   S T   i s   a   po t e n t   o f   m u l t i s c a l e   a nd  m ul t i d i r e c t i o na l   t ra n s f o r m   t ha t   i s   pa rt i c ul a r l y   e ffe c t i ve   fo r   r e pr e s e nt i ng  ge o m e t r y   of   m ul t i di m e n s i o na l   i n f o r m a t i o n .   H e n c e   w e l l   s ui t e f o r   t e xt u r e   a na l y s i s   i n   e nha n c e i m a ge s   (L 1 - L 4),   w h e r e   t h e   t e xt u r e   pa t t e rn s   c a i n d i c a t e   v a ri o us   c o n di t i o n s   o a b n o r m a l i t i e s .   T h e   S T   e xp r e s s e a s   i n   ( 1).     ,, ( ) ( , , ) , a s t S H f a s t f      (1)     w h e r e a s   () f   r e p r e s e nt s   i n pu t   i m a ge ,   ,, () a s t r e p r e s e n t s   S h e a r l e t   f u nc t i o w i t s c a l e () a ,   s h e a r () s   a nd   t r a n s l a t i o () t .   H e n c e   S h e a rl e t   f u n c t i o ,, () a s t     i s   e xp r e s s e a s   i n   ( 2).       3/ 2 1 ,, ( ) ( ( ) ) a s t s a x a S A x t         (2)       w h e r e a s   () s S   a n d   () a A   a r e   t h e   s h e a r   a n d   s c a l i ng  m a t ri c e s ,   r e s pe c t i v e l y .     F o r   i m a ge   t e xt u r e   e xt ra c t i o n,   t h e   S T   i s   pe r f o r m e t o   de c o m po s e   t h e   i m a ge   i nt o   di f f e r e n t   s c a l e s   a n d   o r i e nt a t i o n s ,   c a p t u r i ng   t h e   i nt r i n s i c   t e xt u r e   f e a t ur e s   a t   m ul t i pl e   r e s o l ut i o n s .     A pp l y   t h e   S T   t o   de c o m po s e   t h e   e nh a n c e i m a ge   i n t o   S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t s .   A n a l y z e   t he   o b t a i n e d   f e a t ur e s   t o   i de n t i fy   a n d   c l a s s i fy   o s t e o p o r o s i s .   T h e   e qua t i o n s   o f   S T   a s   i (3) ,     ,, ( ) ( , , ) , a s t S H f a s t f                   (3)     T h e   S h e a r l e t   f un c t i o i s   e xp r e s s e a s   i (4) ,     3/ 2 1 ,, ( ) ( ( ) ) a s t s a x a S A x t          (4)     T h e   s h e a m a t ri S s   a n d   i t s   s c a l i n m a t ri A a   a s   i (5) .     1 01 s s S       0 0 a a A a            ( 5)     T o ge t h e r,   t he   s he a a nd   s c a l i ng   m a t ri c e s   p r o v i de   a   f ra m e w o r k   f o r   de c o m po s i ng   a i m a ge   i nt o   a   s e t   o f   di re c t i o na l   c o m po n e nt s   a t   m u l t i p l e   s c a l e s .   T hi s   c o m b i na t i o g i v e s   t he   S T   i t s   u ni q ue   a b i l i t y   t o   e f f i c i e nt l y   ha nd l e   ge o m e t ri c a l   f e a t u re s   s uc a s   e d ge s ,   c u r v e s   a nd  t e x t u re s ,   m a k i ng  i t   p a rt i c u l a rl y   po w e r f u l   f o i m a ge   c l a s s i f i c a t i o n.   T h e   S T   p r o v i de s   a   r o b u s t   m e t h o d   f o i m a ge   t e x t u re   f e a t u re s   i e nha nc e d   i m a ge s   (L 1 - L 4) ,   i t   e na b l e s   de t a i l e t e x t u r e   i n f o rm a t i o n.   T he   f e a t u re s   e x t ra c t e us i ng   S T   a re   hi g h l y   v e r s a t i l e   a n d   a p p l i c a b l e   t o   a   b r o a d   s pe c t ru m   i i m a ge   a na l y s i s   a nd   b o o s t   t he   po t e n c y   o f   c l a s s i f i c a t i o a l go ri t h m s   w i t i nc re a s e   d i a g n o s t i c   a c c u ra c y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   15 ,   N o .   4 A ugus t   20 25 :   431 8 - 4331   4322   2. 3 .     O s t e o p o r os i s   c l as s i f i c a ti o n   te c h n i q u e s   D L N N   [21],   [2 2]   a n d   CN N   [23 ],   [24 ]   a r e   r e v e a l e r e m a r k a b l e   c a pa b i l i t i e s   i i m a ge   c l a s s i f i c a t i o t a s ks   b e c a us e   of   t h e i c a p a c i t y   t o   l e a rn   hi e r a r c h i c a l   r e p r e s e nt a t i o n s   o f   da t a   o i m a ge s .   T h e   D L N N   m o de l   i s   t r a i n e o n   S T   i m a ge   f e a t ur e s   d a t a s e t   w i t h   t h e   c o r r e s po n d i ng  l a b e l   a n e v e r y   i m a ge   i s   r e l a t e w i t h   a   b i n a r y   l a b e l   i n di c a t i ng  t h e   e xi s t e n c e   o r   n o n - e xi s t e n c e   of   o s t e o p o r os i s .   S i m i l a rl y ,   t h e   CN N   m o de l   i s   t ra i n e di r e c t l y   o n   S h e a rl e t   t r a n s f o r m e d   i m a ge s .   T h e   n e t w o r l e a rn s   t o   m a p   t h e   S h e a r l e t   t ra n s f o r m e s pe c t r a l   f e a t ur e s   t o   t h e   c o r r e s po n di ng  c l a s s   l a b e l s   t hr o ug h   a i t e ra t i v e   o pt i m i z a t i o n   p r o c e s s .   By   l e v e r a gi n g   t h e   di r e c t i o n a l   a nd  s pe c t r a l   i n f o r m a t i o n   de r i v e f r o m   t h e   S T   w i t h   t h e   l e a rn i ng  c a pa b i l i t i e s   o f   n e t w o r ks   c a n   a c h i e v e   a c c ur a t e   a n r o b us t   c l a s s i f i c a t i o n   o f   o s t e o p o r o t i c   a n n o n - o s t e o po r o t i c   ve rt e b r a e ,   w hi c h   h e l ps   i n   t h e   p r o m pt   i de n t i f i c a t i o of   o s t e o p o r o s i s .     2. 3 . 1.   S h e a r l e w i th   D LN N     T h e   D L N N   a r c h i t e c t ur e   p r e s e n t e h e r e   i s   s pe c i f i c a l l y   de s i gn e f o r   b i na r y   c l a s s i f i c a t i o n   t a s ks ,   s uc h   a s   d i s t i n gui s hi n g   b e t w e e n   o s t e o po r o s i s   a n d   h e a l t h y   c a s e s .   T h e   a r c h i t e c t u r e   i s   c a r e f ul l y   s t r uc t u r e d   t o   e xt ra c t   m e a n i ngf ul   p a t t e rn s   f r o m   f e a t ur e   v e c t o r s   de ri v e f r o m   S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t s   w hi l e   m i t i ga t i n g   o v e r f i t t i ng   a nd  op t i m i z i n g   pe r f o r m a n c e .   T h e   D L N N   i s   o r g a ni z e d   s e que n t i a l l y   i n put   a n d   o ut pu t   s i z e s   f o b a t c s i z e s   o f   10   w i t i n pu t   s ha pe   (6 0)  a s   f o l l ow s .   a.   D e n s e :   I n p ut   S h a pe   ( 10,   60) ,   O ut pu t   S ha pe   ( 10,   128 )   b.   D r o po ut   L a y e r :   I n pu t   S ha pe   ( 10,   128 ),   O ut p ut   S h a pe   (10 ,   128).   D r o po u t   do e s   n o t   c ha n ge   s ha pe ,   o n l y   ra n do m l y   dr o ps   s o m e   c o nn e c t i o n s   d u r i n g   t ra i ni n g   c.   S e c o n D e n s e   L a y e r :   I nput   S h a pe :   (1 0,   128) ,   O ut pu t   S ha pe :   (10,   64)   d.   S e c o n D r o po ut   L a y e r :   I n pu t   S ha pe   (10 ,   64) ,   O u t pu t   S ha pe   ( 10,   64) .   D r o po ut   do e s   n o t   c ha n ge   s ha pe     e.   T h i r d   D e n s e   L a y e r :   I n put   S ha pe   (10 ,   64),   O u t put   S h a pe   (10 ,   32)   f.   O ut put   L a y e r :   I n pu t   S ha pe   (1 0,   32) ,   O ut pu t   S ha pe   (1 0,   1)   (i )   Input   L ay e r :   T hi s   l a y e r   s e r v e s   a s   t h e   e n t r y   po i nt   f o r   t h e   f e a t u r e   v e c t o r   de r i v e f r o m   S h e a r l e t   c oe ff i c i e n t s .   T h e   l e n gt o f   t h e   f e a t u r e   v e c t o r   a s   60   a nd  e a c f e a t u r e   a c t s   a s   a   n e u r o i t hi s   l a y e r .     (i i )   H i dde n   L ay e r s :   T h e   hi dde n   l a y e r s   a r e   c o m po s e of   f ul l y   c o nn e c t e (de n s e l a y e r s   a n d   d r o po ut   l a y e r s   fo r   e nh a n c e f e a t u r e   e xt ra c t i o n   a n d   r e gul a r i z a t i o n .   -   D e ns e   L a y e r s :   E a c h   de n s e   l a y e r   h a s   f ul l y   c o nn e c t e n e u r o n s   t h a t   p r o c e s s   a n t r a n s f o r m   t h e   i nput   f e a t ur e s   us i n l e a rn e w e i gh t s   a n b i a s e s .   T h e   f i r s t   de n s e   l a y e r   ha s   128  n e u r o n s ,   a c t i v a t i o n   f un c t i o (A F i s   R e L U   ( R e c t i f i e L i n e a r   U n i t ),   w h i c h   i nt r o duc e s   n o n - l i n e a ri t y   by   a l l o w i n o n l y   po s i t i v e   v a l ue s   t o   pa s s   t hr o ug h.   S e c o n d   de n s e   l a y e r   ha s   64   n e u r o n s ,   A F   i s   R e L U .   T hi r d   de n s e   l a y e r   ha s   32   n e u r o n s ,   A F   i s   R e L U .   -   D r o po ut   L a y e r s :   D r o po ut   l a y e r s   a r e   i n t r o duc e a f t e r   e a c de n s e   l a y e r   t o   p r e v e n t   o v e r f i t t i n by   ra n do m l y   s e t t i n g   a   f ra c t i o o f   i n p ut   u ni t s   t o   z e r o   du ri n g   t r a i ni n g .   T h e   f i r s t   d r o po ut   l a y e r   ha s   a   d r o po ut   ra t e   o f   0. (50%  o f   t h e   n e u r o n s   a r e   r a ndo m l y   de a c t i v a t e duri n t ra i ni n g) .   T h e   s e c o n d   dr o po ut   l a y e r   h a s   a   d r o po ut   ra t e   o f   0. 5 .   (i i i )   O ut put   L a y e r :   T h e   o ut put   l a y e r   pu r po s e   i s   t o   p r o v i de   t h e   f i na l   p r e di c t i o f o r   b i n a r y   c l a s s i f i c a t i o n.   (s i n gl e   n e u r o n,   r e p r e s e n t i n g   t h e   b i na r y   o ut c o m e ).   A F   a s   S i gm o i d,   w h i c h   m a ps   t h e   o ut pu t   t o   a   pr o b a b i l i t y   v a l ue   b e t w e e n   0   a n d   1 .   A   t hr e s h o l (e . g. ,   0. 5 i s   a pp l i e d   t o   de c i de   b e t w e e n   t h e   t w o   c l a s s e s :   o s t e o p o r o s i s   o r   h e a l t h y .   T h e   a dv a nt a ge s   o f   a r c h i t e c t ur e   a r e   t h e   f e a t u r e s   o f   l e a rni n g ,   t h e   de n s e   l a y e r s   w i t R e L U   a c t i v a t i o a l l o w   t h e   n e t w o r t o   l e a rn  c o m pl e x ,   n o n - l i n e a r e p r e s e n t a t i o n s   o f   t h e   i nput   d a t a .   T h e   r e gul a ri z a t i o n ,   d r o po ut   l a y e r s   r e duc e   o v e r f i t t i n g   b y   i n t r o duc i n g   ra n do m n e s s   i t h e   t ra i ni n g   p r o c e s s ,   e n s u r i ng   t h e   n e t w o r ge n e ra l i z e s   w e l l   t o   u n s e e n   d a t a .   T h e   s i g m o i a c t i v a t i o i t h e   o ut pu t   l a y e r   i s   w e l l - s ui t e f o r   b i n a r y   c l a s s i f i c a t i o n ,   pr o v i di n g   p r o b a b i l i s t i c   o ut pu t s .   T h e   s c a l a b i l i t y   c a b e   a dj u s t e e a s i l y   t o   h a n d l e   f e a t u r e   v e c t o r s   o f   di ff e r e n t   l e n g t h s   by   m o di fy i n t h e   i n pu t   l a y e r   s i z e .   T h i s   a r c h i t e c t ur e   p r o v i de s   a   r o b us t   f r a m e w o r f o r   t h e   c l a s s i f i c a t i o t a s k,   c o m b i ni n e f f e c t i v e   f e a t ur e   r e p r e s e nt a t i o w i t h   r e gu l a ri z a t i o t o   a c hi e v e   r e l i a b l e   p r e di c t i o n s .     2. 3 . 2.   S h e a r l e w i th   C N N     T h e   CN N   a r c hi t e c t u r e   i s   o rga ni z e s e que n t i a l l y   a s   fo l l ow s ,   i n p ut   s i z e   o f   (62,   62 ,   1)   a n d   a   b a t c s i z e   of   32.   a.   In p ut   T e n s o r :   (32 ,   62 ,   62 ,   1)   b.   Co n v (32   f i l t e r s ,   3x3) :   O u t put   s h a pe   (32 ,   62,   62 ,   32)   c.   M a xP o o l (2x2):   O ut p ut   s h a pe   ( 32,   31 ,   31,   32)   d.   Co n v (64   f i l t e r s ,   3x3) :   O u t put   s h a pe   (32 ,   29,   29 ,   64)   e.   M a xP o o l (2x2):   O ut p ut   s h a pe   ( 32,   14 ,   14,   64)   f.   Co n v (128   f i l t e r s ,   3x3) :   O u t pu t   s ha pe   (32 ,   12,   12 ,   128)   g.   M a xP o o l (2x2):   O ut p ut   s h a pe   ( 32,   6 ,   6 ,   128)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708         She ar l e t - bas e t e x t ur e   a nal y s i s   a nd  d e e l e ar n i ng   f or   os t e o por os i s     ( P oor v i t ha   H ul l uk e r e   R am a k r i s hna )   4323   h.   F l a t t e L a y e r :   O ut p ut   s h a pe   ( 32,   6*6 *128   =   460 8)   i.   D e n s e   L a y e r   (12 u ni t s ) :   O u t pu t   s ha pe   (32 ,   128)   j.   D r o po ut :   N o   c h a n ge   i s h a pe   ( 32,   12 8)   k.   D e n s e   L a y e r   (64   u ni t s ) :   O u t put   s h a pe   (32 ,   6 4)   l.   D r o po ut :   N o   c h a n ge   i s h a pe   ( 32,   64)   m.   O ut put   L a y e r   (1  u ni t ):   O ut pu t   s ha pe   (3 2,   1)   In p ut   l a y e r   t a ke s   a   2D   m a t r i a s   i nput ,   w hi c r e p r e s e n t s   t h e   S h e a rl e t   t ra n s f o r m e d,   t h e   i n p ut   s ha pe   i s   de f i n e b a s e o n   t h e   i m a ge ' s   d i m e n s i o n s ,   s uc a s   ( h e i g h t = 64,   w i dt h= 64) .   Co n v o l ut i o n a l   l a y e r s ,   pe r f o r m   c o n vo l ut i o o pe r a t i o n s   t o   e xt r a c t   s p a t i a l   f e a t u r e s   f r o m   t h e   i n p ut   i m a g e .   T h e   l a y e r s   us e 32   f i l t e r s   a n d   e a c h   s i z e   o f   t h e   f i l t e r   ke rn e l   3 × 3 .   A c t i v a t i o n   f u n c t i o i s   r e c t i f i e l i n e a r   u ni t   ( R e L U t o   i nt r o duc e   n o n - l i n e a ri t y .   P oo l i n g   l a y e r s   a r e   us e t o   r e duc e   t h e   s pa t i a l   d i m e n s i o n s   o f   t h e   f e a t ur e   m a ps   t o   p r e v e n t   o ve r f i t t i ng   a n d   r e duc e   c o m put a t i o n a l   c o m pl e xi t y .   P oo l i n t y pe   i s   m a po o l i n ( r e t a i n s   t h e   m a x i m u m   v a l ue   i n   e a c h   po o l i n r e gi o n ).   T h e   s i z e   o f   t h e   po o l i n g   w i n do w   (e . g. ,   2 × 2 ).   F l a t t e l a y e r ,   c o n v e r t s   t h e   2D   o ut put   o f   t h e   c o n v o l ut i o na l   l a y e r s   i n t o   a   1D   f e a t u r e   v e c t o r .   F ul l y   c o n n e c t e l a y e r s ,   de n s e   l a y e r s   l i ke   t h o s e   i t h e   D L N N   s t r uc t u r e .   I n c l ude s :   D e n s e   L a y e r   1,   128   u ni t s   w i t R e L U   a c t i v a t i o n,   D e ns e   L a y e r   2 ,   6 u ni t s   w i t R e L U   a c t i v a t i o n.   R e gul a ri z a t i o w i t h   d r o po ut   l a y e r s   ( ra t e   =   0 . 5) .   O ut pu t   l a y e r ,   a   s i n g l e   n e u r o w i t a   s i gm o i d   a c t i v a t i o n   f un c t i o f o r   b i n a r y   c l a s s i f i c a t i o (e . g . ,   0   =   h e a l t h y ,   =   o s t e opo r o s i s ).     2. 4 .     I m p l e m e n tati o n   w o r k f l o w     T h e   p r o po s e w o r kf l ow   i s   di v i de i n t o   f i v e   pa r t s   b a s e o X - ra y   i m a ge   t e xt u r e   a na l y s i s   w i t de e l e a rn i ng  t e c hn i q ue s   t o   c l a s s i fy   o s t e o p o r o s i s   o r   h e a l t h y   i m a ge   i l u m b a r   s p i n e   L 1 - L4 .   a.   P r e p r o c e s s i n g:   S ha r pe n i ng  e nh a n c e m e n t s   h e l p   r e v e a l   f i n e r   t e xt u r e s   i t h e   X - r a y   i m a ge   m o r e   c l e a r l y .   b.   A ppl y   t h e   s h e a rl e t   t r a n s f o r m   t o   t h e   e nha n c e i m a ge :   D e c o m po s e   t h e   i m a ge   i nt o   t w o   s c a l e s   c.   E xt ra c t   S T   c o e f f i c i e n t s :   E x t r a c t   h o ri z o n t a l   (0° ) ,   v e rt i c a l   (90 ° a n d   d i a go n a l   (45 ° c o e ff i c i e n t s   a t   e a c h   s c a l e   a n o b t a i t h e   c o rr e s po n di n g   c o e ff i c i e n t   m a t r i x.   d.   Ca l c ul a t e   s t a t i s t i c a l   F e a t u r e s :   F o r   e a c c o e ff i c i e n t   m a t r i x ,   c a l c ul a t e   [2 5],   [26 ]   m e a c o e ff i c i e n t   (M C i s   t h e   m e a o f   S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t s   a t   t h e   gi v e s c a l e   a nd   o r i e n t a t i o n .   S t d   de v i a t i o c o e ff i c i e n t   (S D C)   o S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t s .   E n e r gy   (E i s   t h e   s u m   o f   s qua r e c o e ff i c i e n t s ,   p r o v i di n g   a   m e a s u r e   o f   t h e   i m a ge   a c t i v i t y   a t   t h e   g i v e n   s c a l e   a nd  o ri e nt a t i o n .   E nt r o p y   (E t i s   a   m e a s u r e   o f   r a n do m n e s s   o r   c o m pl e xi t y   i n   t h e   c oe ff i c i e n t   di s t ri b ut i o n .   S ke w n e s s   (S k)  i s   a   m e a s u r e   o f   t h e   a s y m m e t r y   di s t ri b ut i o o f   c oe ff i c i e n t s .   K urt o s i s   (K )   i s   a   m e a s u r e   o f   t h e   t a i l e d n e s s   di s t r i b ut i o o f   c o e ff i c i e n t s .   Co nt r a s t   (C)   i s   a   m e a s u r e   o f   t h e   l o c a l   v a r i a t i o n s   i t h e   c o e ff i c i e n t   v a l ue s .   Co rr e l a t i o ( Co r )   i s   a   m e a s u r e   o f   h o w   c o rr e l a t e t h e   c o e ff i c i e n t   v a l ue s   a r e   i n   di f f e r e n t   r e gi o n s   o f   t h e   i m a ge .   H o m o g e n e i t y ( H i s   a   m e a s u r e   o f   t h e   r e s e m b l a n c e   of  c oe ff i c i e n t   v a l ue s   i t h e   i m a ge .     e.   F us i o n :   U s e ST   f e a t u r e s   t o   a na l y z e   t h e   s t r uc t u ra l   i nt e g r i t y   of   bo n e   pa t t e rn s   f o r   o s t e o p o r o s i s   c l a s s i f i c a t i o n   by   c o n c a t e n a t i o n   o f   s c a l e - a nd  s c a l e - 2   f e a t u r e s   by   m a ki n g   i t   a s   f e a t u r e   v e c t o r .   T h e   a b ov e - r e v e a l e f e a t ur e s   p r o v i de   r i c s t a t i s t i c a l   i n f o r m a t i o a b o ut   t h e   i m a ge ' s   t e xt u r e ,   s t r uc t u r e ,   a n d   c o m pl e xi t y .   T o ge t h e r ,   t h e y   c a pt u r e   b o t gl o b a l   a n d   l o c a l   i m a ge   c ha ra c t e ri s t i c s   t ha t   a r e   e s s e n t i a l   f o r   e ffe c t i ve   c l a s s i f i c a t i o n.   T h e y   c a b e   p a r t i c ul a rl y   us e f ul   i di s t i n gu i s h i n g   d i f f e r e n t   t y pe s   of   t e xt u r e s ,   i de nt i fy i n g   pa t t e rn s   i s pe c i f i c   r e gi o n s   w i t hi n   i m a ge s .   T h e s e   f e a t ur e s   a r e   us e f ul   i D L N N   m o de l ,   t o   c l a s s i f y   i m a ge s   a c c ura t e l y   b a s e o n   t h e i i nt ri n s i c   p r o pe rt i e s .       3.   D A TA   S ET  D ES C R I P TI O N       T h e   r e s e a r c s t udy   c o l l e c t e X - r a y   s pi n e   i m a ge s   w i t a   f o c a l   di s t a n c e   o f   0. 812   m e t e r s   a nd   X - r a y   pa r a m e t e r s   s e t   a t   7 5 - 80   kV   a n 80  m A s   f o r   a l l   pa t i e n t s .   T h e   i m a ge s   w e r e   p r o v i de by   a   pr e s t i g i o us   h o s pi t a l   i B a nga l o r e ,   K a rna t a k a ,   I n di a ,   a n d   a r e   2D   ra d i o gra p h i c   J P E G s .   T o   t e s t   t h e   s y s t e m   e xpe r i m e nt a l l y ,   da t a s e t s   c o m pr i s i ng  52  X - ra y   i m a ge s   f r o m   c o n t r o l   s ub j e c t s   (CS / no rm a l   ( h e a l t h y ))  a n 56   f r o m   p a t h o l o gi c a l   c a s e s   (o s t e o po r o t i c   o r   a b n o rm a l   s ub j e c t s   (O S )),   a c c o m pa n i e by   D X A   r e po rt s   f o r   t h e   s a m e   i ndi v i du a l s .   T h e s e   D X A   r e po r t s   de t a i l   t h e   s t a t i s t i c a l   s t a t us   o f   t h e   l u m b a s pi n e   ( L 1 - L 4)  a s   e i t h e n o rm a l   o o s t e o p o r o t i c .   T a b l e   l i s t s   t h e   d a t a b a s e   of   r e gi o n   o f   i nt e r e s t   (R O I)  X - ra y   i m a g e s   of   t h e   l um b a r   s p i n e   (L 1 - L 4)  e m pl o y e fo r   e xpe r i m e nt a l   v a l i da t i o n   a l o ng  D X A   r e po r t s .       T a b l e   1 .   D a t a   de s c ri pt i o n   Im a g e s   N u m b e r s   o X - ra y   i m a g e s   RO s u b   i m a g e s   ( L 1 - L 4 )   T ra i n i n g     T e s t i n g   CS   52   2 0 8   (5 2   ×  4)   168   40   OS   56   2 2 4   (5 6   ×  4)   178   46       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   15 ,   N o .   4 A ugus t   20 25 :   431 8 - 4331   4324   4.   O U TC O M E   A N D   EV A LU A TI O N     T h e   r e s ul t   ge n e ra t e b y   t h i s   w o r i s   de s c r i b e i t w o   s t a ge s ,   S T   w i t h   f e a t u r e   e xt ra c t i o n   s t a ge   a n d   c l a s s i f i c a t i o s t a ge .   T h e   S T   i s   a ppl i e t o   e nh a n c e d   i m a ge ,   w hi c e nha n c e s   s pe c i f i c   s t ruc t u r a l   f e a t u r e s   s uc a s   e dge s   a n d   t e xt u r e s .   S T   h e l ps   i n   c a pt u ri n m u l t i - s c a l e   a n d   di r e c t i o n a l   i n f o r m a t i o n   f o r   a n a l y z i n b o n e   s t ruc t u r e s   a nd  t h e n   c a l c ul a t e f e a t u r e s   f r o m   S T   i m a ge .   I n   c l a s s i f i c a t i o s t a ge ,   c a l c ul a t e d   f e a t u r e s   a r e   us e i D L N N   a n S T   i m a ge s   a r e   us e i CN N   t o   di s t i n g ui s b e t w e e n   o s t e o po r o s i s   a n d   h e a l t h y   s a m pl e s.     4. 1 .    S h e a r l e t r an s fo r m   an d   fe atu r e   e x tr ac t i o n   F i gu r e   2   i l l us t ra t e s   t h e   a pp l i c a t i o o f   t h e   S T   o a e nha n c e i m a ge .   F i gu r e   2 (a )   r e p r e s e n t s   a   h e a l t h y   bo n e   (e nha n c e d),   w h e r e   t h e   i nt e rna l   t e xt u r e   de t a i l s   a r e   n o t   c l e a r l y   v i s i b l e .   In   c o nt r a s t ,   F i gu r e   2 (b s h o w s   t h e   c o r r e s po n di ng  S T   o ut pu t ,   h i g hl i g h t i n t h e   i n t e rna l   s t ruc t u r a l   f e a t ur e s   by   e m pha s i z i n g   e dge s   a nd  pa t t e rn s   t ha t   r e f l e c t   t h e   t r a b e c ul a r   n e t w o r k' s   i nt e g r i t y .   F i gur e   2 (c de pi c t s   a n   o s t e o p o r o t i c   b o n e   (e n ha n c e d),   e x hi b i t i n g   a   l e s s   u n i f o r m   t e xt u r e   c o m pa r e t o   F i gu r e   2 (a ) .   S i m i l a r l y ,   F i gur e   2 (d)   p r e s e nt s   t h e   c o rr e s po n di ng  S T   o ut pu t ,   r e v e a l i n g   f r a gm e n t e d   s t r uc t u ra l   p a t t e rn s   w i t h   m o r e   di s c o n t i nui t i e s   a n d   i rr e gu l a ri t i e s   c o m pa r e t o   F i gu r e   2 (b ),   t h i s   r e f l e c t s   t h e   w e a ke n e a n d   po r o us   na t u r e   o f   os t e o p o r o t i c   bo n e .   T h e s e   r e s ul t s   hi g hl i g ht   t h e   po t e n t i a l   o f   S T   i n   d i a g n o s i n g   o s t e o p o r o s i s   by   de t e c t i n g   a n qua nt i f y i n s t ru c t ura l   a n o m a l i e s   i b o n e   i m a ge s .           F i gu r e   2 .   I nput   a nd  o ut pu t   o f   t h e   S T :   ( a )   e nha n c e h e a l t h y   bon e   i m a ge ,   (b S T   o ut put   f o r   t h e   h e a l t h y   b o n e ,   (c e nha n c e o s t e o p o r o s i s   bo n e   i m a ge   a n d   (d)   S T   o ut put   f o r   t h e   o s t e o po r o s i s   bo n e         T h e   a pp l i c a t i o n   o f   t h e   S T   p r o v i de s   s e v e r a l   ke y   m e t ri c s   fo r   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o l i ke   e dge   de t e c t i o n   a c c ura c y   (E D A a s s e s s e s   h o w   e ffe c t i ve l y   t h e   t ra n s fo r m   i de n t i f i e s   e dge s .   S t r uc t u ra l   s i m i l a r i t y   i n de (S S I)  qua nt i f i e s   t h e   s i m i l a r i t y   b e t w e e n   t h e   t ra n s f o r m e i m a ge   a n d   t h e   e nh a n c e d.   F e a t u r e   e xt ra c t i o n   t i m e   (F E T m e a s u r e s   t h e   t i m e   r e qu i r e t o   e xt r a c t   f e a t u r e s   f r o m   t h e   S T   i m a ge .   Co m p r e s s i o n   r a t i o   (CR r e p r e s e n t s   t h e   ra t i o   o f   t h e   e nha n c e i m a ge   di m e n s i o n s   t o   t h o s e   of   t h e   t ra n s f o r m e i m a ge .   N o i s e   r e duc t i o e f f i c i e n c y   (N R E e v a l ua t e s   t h e   t ra n s f o r m a b i l i t y   t o   r e duc e   n o i s e   w h i l e   p r e s e r v i n g   e s s e n t i a l   f e a t u r e s .   T a b l e   2   p r e s e n t s   t h e   r e s ul t s   f o r   t h e s e   m e t ri c s   a c r o s s   f i ve   s a m p l e   S T   i m a ge s .       T a b l e   2 .   P e r f o r m a n c e   o f   f i v e   s a m pl e   i m a ge s   Im a g e   ID   E D A   SSI   F E T   (S e c o n d s )   CR   N RF   ( % )   Im a g e   -   01   0 . 9 2   0 . 8 8   1 . 5   2 . 8   85   Im a g e   -   02   0 . 8 9   0 . 8 6   1 . 7   2 . 8   82   Im a g e   -   03   0 . 9 4   0 . 8 9   1 . 6   3 . 0   88   Im a g e   -   04   0 . 9 0   0 . 8 7   1 . 4   2 . 7   83   Im a g e   -   05   0 , 9 1   0 . 8 8   1 . 5   2 . 9   84       T h e   E D A   v a l ue s   r a nge   f r o m   0 . 89   t o   0 . 94 ,   de m o n s t ra t i n g   hi g e dge   de t e c t i o a c c ur a c y   a c r o s s   a l l   i m a ge s .   Im a ge - 03  a c h i e v e s   t h e   h i g h e s t   E D A   (0 . 94) ,   hi g h l i g h t i n t h e   t e c hni que   o f   s t r o n e dge   de t e c t i o c a pa b i l i t y   fo r   t ha t   s pe c i f i c   i m a ge .   T h e   S S I,   w h i c h   t y pi c a l l y   ra n ge s   f r o m   0   t o   ( h i g h e v a l ue s   i n d i c a t e   b e t t e s i m i l a ri t y ),   v a r i e s   b e t w e e n   0. 86  a n 0 . 89 .   T h i s   i ndi c a t e s   c o n s i s t e nt   s t r uc t u r a l   p r e s e r v a t i o n .   Im a ge - 03  a l s s h o w s   t h e   h i g h e s t   S S (0 . 89) ,   s ugge s t i n g r e a t e r   r e t e n t i o n   o f   de t a i l s .   T h e   F E T   ra n ge s   f r o m   1 . t o   1. 7   s e c o n ds ,   w i t Im a ge - 04   b e i n g   t h e   f a s t e s t   (1. s e c o n ds ),   i n di c a t i ng  c o m put a t i o na l   e f f i c i e n c y   w i t m i ni m a l   v a r i a t i o n.   T h e   CR   v a l ue s   s pa f r o m   2. 7   t o   3 . 0,   w i t h   I m a ge - 03  a c hi e v i ng  t h e   hi g h e s t   v a l ue   (3 . 0),   de m o n s t r a t i ng  e f fe c t i ve   i m a ge   c o m p r e s s i o w h i l e   p r e s e r v i n g   e s s e n t i a l   f e a t ur e s .   L a s t l y ,   t h e   N R E   v a l ue s   ra n ge   f r o m   8 2%   t o   88% ,   w i t h   Im a ge - 03   e x h i b i t i n g   t h e   hi g h e s t   n o i s e   r e duc t i o n   (88%) ,   r e f l e c t i n s t r o n g   de n o i s i n c a p a b i l i t y .   Im a ge - 03   c o n s i s t e n t l y   o ut pe r fo r m s   o t h e r   i m a ge s   a c r o s s   m o s t   m e t ri c s ,   a c h i e v i n g   t h e   h i g h e s t   E D A ,   S S I,   CR ,   a n d   N R E ,   m a ki ng  i t   t h e   m o s t   e f fe c t i ve l y   pr o c e s s e i m a ge   i t h e   d a t a s e t .   A l l   i m a ge s   e x h i b i t   h i g Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708         She ar l e t - bas e t e x t ur e   a nal y s i s   a nd  d e e l e ar n i ng   f or   os t e o por os i s     ( P oor v i t ha   H ul l uk e r e   R am a k r i s hna )   4325   E D A   a n d   S S v a l ue s ,   c o n f i rm i ng  t h e   t e c hn i que ’s   s t r o n g   pe r f o r m a n c e   i e dge   de t e c t i o n   a n d   s t r uc t u ra l   pr e s e r v a t i o n.   Co m pu t a t i o na l   e f f i c i e n c y   (F E T r e m a i n s   s t a b l e   a nd  r e a s o na b l e ,   r a n g i n f r o m   1. 4 - 1. 7   s e c o n ds .   A ddi t i o n a l l y ,   t h e   hi g h   N R E   e n s u r e s   c l e a r   a n n o i s e - f r e e   o u t put s .   T h e s e   r e s ul t s   de m o n s t ra t e   t h e   t e c hn i que e ffe c t i ve n e s s   a n d   r e l i a b i l i t y   a c r o s s   m u l t i pl e   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s ,   hi g h l i g h t i n g   i t s   r o b us t n e s s   a nd  v e r s a t i l i t y   fo r   i m a ge   a na l y s i s   t a s ks .   T h e   o v e r a l l   pe r f o r m a n c e   p r o po s e w o r k   by   pr o v i di n g   m e a v a l ue s   a nd   s t a nda r d   de v i a t i o n s   o f   t h e   m e t r i c s   a s   de m o n s t ra t e d   i T a b l e   3 .   T h e   l o w   s t a n d a r d   de v i a t i o n s   f o r   E D A ,   F E T ,   CR   a n d   N R F   hi g h l i g ht   t h e   m e t h o r o b us t n e s s   a nd  r e l i a b i l i t y ,   pe r f o r m i n g   c o n s i s t e n t l y   a c r o s s   v a ri o us   i m a ge s .   H i g a c c ura c y   s pe c i f i e s   t h a t   t h e   hi g m e a E D A   (0 . 912 a n d   S S I   (0 . 876)   v a l ue s   i n d i c a t e   t ha t   t h e   t e c hn i que   e f fe c t i ve l y   i de n t i f i e s   e dge s   a n d   p r e s e r v e s   s t r uc t u ra l   de t a i l s .   T h e   l o w   m e a F E T   ( 1. 5 s e c o n ds s ugge s t s   t h e   m e t h o i s   c o m put a t i o n a l l y   e ff i c i e n t   a n d   s ui t a b l e   f o r   l a rge - s c a l e   p r o c e s s i n g   t a s ks .   Q u a l i t y   a s s ura n c e   i ndi c a t e s   t ha t   t h e   hi g N R F   m e a (8 4 . 4% e n s u r e s   t h e   o ut pu t s   a r e   c l e a a nd   o f   h i g h   qua l i t y ,   w h i l e   t h e   CR   ( 2. 7 8)  s h o w s   a n   e xc e l l e n t   b a l a n c e   b e t w e e c o m pr e s s i o a nd   f e a t u r e   p r e s e r v a t i o n ,   m a ki n g   t h e   t e c hn i que   us e f ul   f o s t o ra ge .   T h i s   h i g hl i g ht s   t h e   t e c hn i que   a s   a   p r o m i s i ng  c h o i c e   f o r   i m a g e   t e x t u r e   a n a l y s i s .       T a b l e   3 .   O v e r a l l   o ut c o m e s   of   S T   M e t ri c s   M e a n   S t a n d a rd   d e v i a t i o n   E D A   0 . 9 1 2   0 . 0 1 8   SSI   0 . 8 7 6   0 . 1 1   F E T   (S e c o n d s )   1 . 5 4   0 . 1 1   CR   2 . 7 8   0 . 1 7   N RE   ( % )   8 4 . 4   2 . 0 5       A   T a b l e   4   t h a t   di s p l a y s   a e xa m pl e   o f   f o ur   S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t s   (S T - Cs )   a t   t w o   di f fe r e n t   s c a l e s   a nd   t hr e e   di f f e r e n t   o r i e n t a t i o n s   f o r   o n e   i m a ge .   T h e   S T   de c o m po s e s   a i m a ge   i nt o   m ul t i pl e   s c a l e s   a nd  o r i e n t a t i o n s ,   t o   e xt ra c t   c o e ff i c i e n t s ,   us e t h e   S h e a rl e t   f i l t e r   o ri e n t e a t   0 °   t o   e xt r a c t   c o e f f i c i e n t s   c a p t u r i ng  h o ri z o n t a l   (H s t ruc t u r e s   i n   t h e   i m a ge .   U s e t h e   S h e a rl e t   f i l t e r   o r i e n t e a t   9   t o   c a pt u r e   v e r t i c a l   (V s t r uc t u r e s .   U s e d   S h e a rl e t   f i l t e r s   o r i e n t e d   a t   45 °   t o   c a pt u r e   di a go n a l   (D f e a t u r e s .   T h e   r e s ul t s   s h o w   a   c l e a do m i na n c e   of  h o ri z o n t a l   s t r uc t u r e s ,   c o n s i s t e n t   v e r t i c a l   pa t t e rn s   a n w e a ke di a go n a l   f e a t u r e s .   T hi s   i n f o rm a t i o i s   s i g ni f i c a nt   fo r   u n de r s t a n di ng  t h e   n a t u r e   o f   t h e   i m a ge s   a n d   t a i l o r i ng  t e c hn i q ue s   f o r   t a s t e xt u r e   p a t t e rn  r e c o gn i t i o n.   D o m i na n c e   o f   h o ri z o n t a l   f e a t u r e s   a r e   c o n s i s t e n t l y   hi g h e r   a c r o s s   b o t s c a l e s ,   i n d i c a t i n g   t h e   p r e do m i na n c e   o h o ri z o n t a l   s t r uc t u r e s   i n   t h e   a na l y z e i m a ge s .   D i a go n a l   f e a t ur e   s t r e n g t h s   a r e   m o de r a t e   i s t r e n gt h,   w h e r e a s   di a go n a l   f e a t ur e s   a r e   t h e   w e a ke s t ,   s ug ge s t i n g   t h a t   t h e   da t a s e t   o t e c hni que   p r i o r i t i z e s   h o ri z o n t a l   a nd   v e r t i c a l   e dge s   ov e r   di a go n a l   o n e s .   S c a l e   a n a l y s i s ,   s c a l e   (f i n e r   s c a l e ge n e r a l l y   h a s   h i g h e c o e ff i c i e n t s   t ha s c a l e   2   (c o a r s e s c a l e ),   w hi c i s   e xpe c t e s i n c e   f i n e s c a l e s   c a pt u r e   m o r e   de t a i l e d   f e a t u r e s ,   w h i l e   c o a r s e s c a l e s   c a pt u r e   b r o a de s t r uc t u r e s .   T h e   v a r i a t i o n   b e t w e e n   s c a l e   1   a n d   s c a l e   de m o n s t ra t e s   t h e   e f fe c t i ve n e s s   o f   t h e   S T   i c a p t u r i ng  b o t f i n e   a n d   c o a r s e   de t a i l s ,   w h i c i s   e s s e nt i a l   f o r   t e xt u r e   a n a l y s i s   in   f e a t u r e   e xt ra c t i o n   o m e di c a l   i m a ge .       T a b l e   4 .   S T   c o e f f i c i e n t s   o f   a n   i m a ge   f o r   t w o   di ff e r e n t   s c a l e s   S T   c o e ffi c i e n t s   S c a l e   1   -   H   S c a l e   1   -   V   S c a l e   1   -   D   S c a l e   2   -   H   S c a l e   2   -   V   S c a l e   2   -   D   S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t   1   0 . 1 2   0 . 0 8   0 . 0 5   0 . 1 1   0 . 0 7   0 . 0 4   S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t   2   0 . 1 0   0 . 0 9   0 . 0 6   0 . 1 0   0 . 0 8   0 . 0 5   S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t   3   0 . 1 1   0 . 0 7   0 . 0 5   0 . 0 9   0 . 0 6   0 . 0 3   S h e a rl e t   c o e ff i c i e n t   4   0 . 1 3   0 . 0 9   0 . 0 6   0 . 1 2   0 . 0 8   0 . 0 5       F i gu r e   3   i l l us t ra t e s   a   g r o upe b a c h a rt   t ha t   v i s ua l i z e s   t h e   ST - Cs   a c r o s s   d i f fe r e nt   s c a l e s   a n d   o r i e nt a t i o n s .   T h e   x - a x i s   r e p r e s e nt s   t h e   v a ri o us   p a i ri n gs ,   c o m b i na t i o n s   o f   s c a l e s   a nd   o r i e n t a t i o n s .     T h e r e   a r e   t w o   s c a l e s   (S c a l e   a nd  S c a l e   2)   a nd  t hr e e   o r i e n t a t i o n s   w i t h i e a c s c a l e   (H ,   V   a n D ) .   T h e   y - a xi s   s h o w s   t h e   v a l ue s   o f   t h e   ST - Cs   v a l ue s .   T h e   pl o t   i s   s i g n i f i c a n t   f o r   s e ve r a l   r e a s o n s ,   i t   a l l o w s   us   t o   v i s ua l l y   c o m pa r e   h o w   t h e   ST - Cs   v a r y   a c r o s s   di f f e r e n t   s c a l e s   a n d   o r i e n t a t i o n s   a nd  ha v e   s i g ni f i c a nt   i m pl i c a t i o n s   i o s t e o po r o s i s   de t e c t i o n ,   p r o v i de   a   r o b us t   r e p r e s e nt a t i o o f   i m a ge   t e xt u r e s   a t   v a r i o us   s c a l e s   a n d   di r e c t i o n s .   By   l e ve r a gi ng  m ul t i - d i r e c t i o na l   a n d   m ul t i - s c a l e ,   t hi s   a pp r o a c e nha n c e s   t h e   s e n s i t i v i t y   a n d   s pe c i f i c i t y   o f   o s t e o p o r o s i s   de t e c t i o n .     A   T a b l e   5   i n d i c a t e s   f e a t u r e s   a r e   c a l c ul a t e f r o m   t h e   S T   i m a ge   s a m pl e   i m a ge - 01   a t   t w o   s c a l e s   a n d   t hr e e   di f fe r e n t   o r i e n t a t i o n s ,   t h e s e   f e a t ur e s   a r e   us e f ul   fo r   o s t e o po r o s i s   i m a ge   c l a s s i f i c a t i o n .   V a r i a t i o n s   i M a c r o s s   d i f fe r e nt   o r i e n t a t i o n s   a n d   s c a l e s   c a r e v e a l   d i r e c t i o na l   t e xt u r e   i n f o r m a t i o n .   L o w e r   S D C   a t   c e r t a i s c a l e s   c o ul s ugge s t   s m o o t h e r   r e g i o n s ,   w h i l e   hi g h e r   v a l ue s   c o ul i n d i c a t e   de t a i l e o n o i s y   a r e a s .   E n e r gy   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   15 ,   N o .   4 A ugus t   20 25 :   431 8 - 4331   4326   di f fe r e n c e s   a c r o s s   s c a l e s   c o ul h i g h l i g h t   r e gi o n s   w i t h   do m i na n t   f e a t ur e s   (e . g . ,   e dge s   o r   c o rn e r s ) .   I n c r e a s i ng  e n t r o py   w i t h   c e r t a i o ri e nt a t i o n s   o s c a l e s   m a y   r e v e a l   r e gi o n s   w i t i nt r i c a t e   de t a i l s .   H i g h   s ke w n e s s   c o ul po i n t   t o   o ut l i e f e a t u r e s   o a b r upt   c ha n ge s   i i nt e n s i t y .   H i g h e ku r t o s i s   c o ul d   i m p l y   r e gi o n s   w i t hi g h l y   c o n c e n t r a t e f e a t u r e s   o r   e dge s .           F i gu r e   3 .   S T   c o e f f i c i e n t s   g r o upe b a c h a rt       T a b l e   5 .     Ca l c ul a t e f e a t u r e s   f r o m   S T   i m a ge   Im a g e   -   ID   S   Or   MC   S D C   E   Et   Sk   K   C   Co r   H   Im a g e   -   01   1   0 o   0 . 0 4 5   0 . 0 1 2   0 . 0 3 4   1 . 5 4   0 . 2 3   3 . 2 1   0 . 4 5   0 . 7 6   0 . 8 9   Im a g e   -   01   1   90 o   0 . 0 3 2 5   0 . 0 1 1   0 . 0 3 6   1 . 5 6   0 . 2 5   3 . 1 9   0 . 4 6   0 . 7 3   0 . 8 6   Im a g e   -   01   1   45 o   0 . 0 5 4 8   0 . 0 1 0   0 . 0 3 9   1 . 5 8   0 . 2 7   3 . 1 5   0 . 4 9   0 . 7 2   0 . 8 5   Im a g e   -   01   2   0 o   0 . 0 3 8   0 . 0 1 5   0 . 0 2 8   1 . 4 9   0 . 2 0   3 . 3 0   0 . 4 0   0 . 7 8   0 . 8 3   Im a g e   -   01   2   90 o   0 . 0 4 0   0 . 0 1 3   0 . 0 3 1   1 . 5 1   0 . 2 2   3 . 2 8   0 . 4 2   0 . 7 3   0 . 8 6   Im a g e   -   01   2   45 o   0 . 0 4 3   0 . 0 1 4   0 . 0 3 3   1 . 5 3   0 . 2 4   3 . 2 5   0 . 4 4   0 . 7 5   0 . 8 7       R e gi o n s   w i t h   h i g h   c o n t ra s t   m i g h t   c o r r e s po n d   t o   a r e a s   o f   i nt e r e s t   f o r   f e a t u r e   de t e c t i o n .   Co rr e l a t i o c h a nge s   a c r o s s   s c a l e s   c o ul r e v e a l   pa t t e rn s   o pe ri o di c   s t r uc t ur e s .   H o m o ge n e i t y   m i ght   de c r e a s e   i a r e a s   w i t h   s h a rp  e dge s   o r   c o m pl e t e xt u r e s .   D i r e c t i o na l   de pe n de n c e   re fe r s   t o   v a r i a t i o n s   a c r o s s   o r i e n t a t i o n s   (0° ,   45 ° ,   90° ),   w hi c r e v e a l   a ni s o t r o pi c   s t r uc t u r e s   o do m i na nt   di r e c t i o n s   w i t h i t h e   i m a ge .   S c a l e   s e n s i t i v i t y   hi g h l i g ht s   di f fe r e n c e s   a c r o s s   s c a l e s ,   s h o w i n h o w   i m a ge   f e a t ur e s   c ha n g e   i n   s i z e   o r   r e s o l ut i o n .   Co m b i n e m e t r i c s   o ff e r   a   c o m pr e h e n s i v e   r e p r e s e n t a t i o o f   r e g i o n s   w i t r i c t e x t u r e s   o p r o m i n e n t   f e a t u r e s ,   m a k i n g   t h e m   e s pe c i a l l y   v a l ua b l e   f o r   t a s ks   l i ke   i m a ge   c l a s s i f i c a t i o n .     4. 2 .     O s t e o p o r os i s   c l as s i f i c a ti o n   In  t hi s   w o r k,   a   D L N N   i s   t ra i n e d   f o r   o s t e o p o r o s i s   c l a s s i f i c a t i o n   us i n g   t h e   c o m put e t e xt u r e   f e a t u r e   v e c t o r   a s   i n pu t ,   w i t h   e a c h   S T   i m a ge   i nput   v e c t o r   h a v i ng  a   t o t a l   l e n g t h   o f   60.   S i m i l a rl y ,   t h e   S h e a rl e t   t r a n s f o r m e i m a ge s   a r e   f e i n t o   CN N .   B o t h   n e t w o r ks   de m o n s t ra t e d   p r o m i s i n g   pe r f o r m a n c e   i d i f fe r e nt i a t i ng  b e t w e e n   o s t e o po r o t i c   a n d   n o n - o s t e o p o r o t i c   l u m b a s pi n e   i m a ge s   (L 1 - L 4) .   T h e   c l a s s i f i c a t i o t a s k   ut i l i z e d   a   s i gm o i a c t i v a t i o n   f u n c t i o i t h e   o ut pu t   l a y e r   f o r   b i na r y   c l a s s i f i c a t i o n   (o s t e o po r o s i s   vs .   h e a l t h y ) .   T h e   da t a s e t   w a s   di v i de i nt o   t r a i n i ng  a nd  t e s t i ng  s ub s e t s ,   e n s u ri n b a l a nc e c l a s s e s   t o   m i t i ga t e   b i a s .   B i na r y   c r o s s - e n t r o p y   w a s   e m pl oy e a s   t h e   l o s s   f un c t i o n ,   w i t h   t h e   A da m   o pt i m i z e us e f o r   m o de l   t ra i ni n g .   T h e   m o de l   w a s   t ra i n e o n   t h e   t ra i ni n g   s e t   a nd  h y pe r pa ra m e t e r s   w e r e   f i n e - t u n e us i ng  a   v a l i da t i o s e t .   F i gu r e   4   g ra p h   i l l us t r a t e s   CN N   t r a i n i ng  a nd  v a l i da t i o n   a c c ura c y   of   a   m o de l   ove r   20  e po c h s .   I ni t i a l l y ,   bo t t ra i ni n g   a nd  v a l i d a t i o a c c ura c y   i n c r e a s e   s t e a d i l y ,   s h o w i n g   c o n s i s t e nt   i m p r o v e m e n t   a s   t h e   m o d e l   l e a rn s .   A r o u n t h e   m i dd l e   e po c h s ,   t h e   t ra i ni n a c c ur a c y   c o n t i n ue s   t o   r i s e ,   w hi l e   v a l i da t i o n   a c c ura c y   s h o w s   m i n o r   f l uc t ua t i o n s ,   i n di c a t i ng  s l i g h t   o v e r f i t t i ng  o r   m o de l   i n s t a b i l i t y .   T ow a r t h e   l a t e r   e po c h s ,   v a l i d a t i o n   a c c u r a c y   a l i g n s   c l o s e l y   w i t h   t ra i ni n a c c ura c y ,   s ugge s t i n go o ge n e r a l i z a t i o n   a n e f f e c t i v e   l e a rn i n g .   O v e r a l l ,   t h e   m o de l   a c hi e v e s   h i g h   pe r f o r m a n c e ,   w i t h   a c c u r a c y   m o r e   t ha n   95%  b y   t h e   f i na l   e po c h s   f o r   b o t h   t ra i ni n g   a n d   v a l i da t i o n.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708         She ar l e t - bas e t e x t ur e   a nal y s i s   a nd  d e e l e ar n i ng   f or   os t e o por os i s     ( P oor v i t ha   H ul l uk e r e   R am a k r i s hna )   4327       F i gu r e   4 .   CN N   t ra i ni n g   a nd  v a l i da t i o n   o v e r   e po c h s       4. 3 .     P e r fo r m an c e   c al c u l ati o n   T h e   m e t ri c s   a r e   c a l c ul a t e [19][ 20]a s   f o l l ow s :   A c c ur a c y   i s   (T P   +   T N /   ( T P   +   T N   +   FP  +   F N ) .   P r e c i s i o i s   T P   /   ( T P   +   F P ) .   R e c a l l   (S e n s i t i v i t y i s   T P   /   (T P   F N ).   S pe c i f i c i t y   i s   T N   /   (T N   +   F P ).   F 1 - s c o r e   i s       2 ×   (P r e c i s i o ×   R e c a l l /   (P r e c i s i o +   R e c a l l ) .   T h e   b a s e l i n e   m o de l   us e s   t r a di t i o na l   f e a t u r e s   w i t h o ut   S h e a rl e t   t r a n s f o r m ,   s e r v i n a s   a   c o m pa ri s o n   po i n t .   S h e a r l e t   w i t h   D L N N   de m o n s t ra t e s   t h e   i m p r o ve m e n t   w h e i n c o r po ra t i ng   S h e a r l e t   s t a t i s t i c a l   v a l ue s .   S h e a rl e t   w i t h   CN N   s h o w s   f ur t h e e n ha n c e m e nt   w h e n   c o m b i n i n g   S T   i m a ge s   w i t h   a   CN N ,   w h i c h   i s   a de p t   a t   ha n dl i n g   i m a ge   da t a   a nd  e nha n c e s   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   m o de l   pe r f o r m a n c e .   T h e   m u l t i - s c a l e   a nd  m ul t i - di r e c t i o n a l   f e a t u r e s   c a pt u r e d   by   t h e   S h e a rl e t   t r a n s f o r m   e nha n c e   t h e   a b i l i t y   t o   di s t i n g ui s b e t w e e n   o s t e o p o r o s i s   a n d   h e a l t h y   i n d i v i dua l s   i e nha n c e i m a ge s .   E s pe c i a l l y   w i t CN N   a r c hi t e c t u r e s ,   s ub s t a n t i a l   ga i n s   i a c c ura c y ,   p r e c i s i o n ,   r e c a l l ,   s pe c i f i c i t y   a nd   F 1 - s c o r e   a s   i T a b l e   6.   CN N   ge n e r a l l y   pe r f o r m s   b e t t e w i t h   S T   i m a ge   da t a   due   t o   i t s   a b i l i t y   t o   c a pt u r e   s pa t i a l   r e l a t i o n s hi ps .   B a s e o n   t h e   p r o v i de pe r f o r m a n c e ,   t h e   S T   w i t h   CN N   m o de l   i s   ge n e ra l l y   t h e   b e s t   m o de l   f o r   t h i s   t a s k.   I t   l e v e r a ge s   t h e   ra w   S h e a r l e t   c o e ff i c i e n t s   m o r e   e ffe c t i ve l y   t hr o ugh  c o n v o l ut i o na l   l a y e r s ,   w h i c a r e   a de pt   a t   e xt ra c t i n g   s p a t i a l   f e a t u r e s   f r o m   i m a ge s .   T hi s   l e a ds   t o   hi g h e r   a c c ura c y ,   p r e c i s i o n ,   r e c a l l ,   s pe c i f i c i t y ,   a n d   F 1 - s c o r e   c o m pa r e t o   t h e   D L N N   m o de l .       T a b l e   6 .   T h e   r e s ul t s   o f   t h e   t hr e e   a pp r o a c h e s   M o d e l   A c c u ra c y   P re c i s i o n   Re c a l l   S p e c i f i c i t y   F1 - s c o r e   Ba s e l i n e   (N o   s h e a rl e t )   91%   90%   89%   91%   8 9 . 5 %   ST +   D L N N   92%   91%   90%   93%   9 0 . 5 %   ST CN N   96%   95%   94%   96%   9 5 . 5 %       F i gu r e   5   a   c o n f us i o n   m a t r i x   i s   a   us e f ul   f o r   e v a l ua t i ng   t h e   pe rfo r m a n c e   o f   a   c l a s s i f i c a t i o m o de l ,   T h e   c o n f us i o n   m a t ri s h o w s   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   r e s ul t s   o f   a   b i na r y   m o de l   di s t i ngui s hi n b e t w e e n   o s t e o p o r o s i s   a n d   h e a l t h y   i n di v i du a l s .   T h e   m o de l   c o rr e c t l y   c l a s s i f i e 45  o s t e o po r o s i s   c a s e s   a n d   39   h e a l t h y   c a s e s ,   i ndi c a t i n g   hi g h   s e n s i t i v i t y   a n s pe c i f i c i t y .   T h e r e   i s   o n l y   f a l s e   po s i t i v e   (a   h e a l t h y   i n d i v i dua l   m i s c l a s s i f i e a s   o s t e o p o r o s i s a n 1   f a l s e   n e ga t i v e   (O s t e o p o r o s i s   c a s e   m i s c l a s s i f i e a s   h e a l t h y ),   de m o n s t r a t i n g   e xc e l l e n t   pe r f o r m a n c e .   T h e   l o w   e r r o r a t e   s ugge s t s   t h e   m o de l   i s   w e l l - t r a i n e a n d   e f fe c t i ve   i d i s t i ngui s h i ng   t h e   t w c l a s s e s .   O v e r a l l ,   t h e   c o n f us i o m a t ri x   r e f l e c t s   a   h i g hl y   a c c ura t e   c l a s s i f i c a t i o s y s t e m .   F i gu r e   6   i l l us t r a t e s   a   g ra p hi c a l   r e p r e s e n t a t i o o f   di f fe r e nt   m o de l s ’  r e c e i ve r   o pe ra t i n g   c ha ra c t e ri s t i c   (R O C)  a n a r e a   u nde c ur v e   (A U C)  [27] ,   n e e ds   t h e   t r ue   po s i t i v e   ra t e   (T P R a nd  t h e   f a l s e   po s i t i v e   r a t e   (F P R )   fo r   e a c h   m o de l .   T h e   T P R   i s   e qui v a l e n t   t o   r e c a l l ,   a n d   t h e   F P R   c a n   b e   c a l c ul a t e a s   1 s pe c i f i c i t y .   S h e a rl e t   w i t CN N   i s   t h e   b e s t   R O C   c ur v e   w i t t h e   hi g h e s t   A U C,   m e a ni n g   i t   i s   t h e   m o s t   e f fe c t i ve   a t   di s t i n gu i s h i n g   b e t w e e n   c l a s s e s .   S h e a rl e t   w i t D L N N   pe r f o r m s   b e t t e r   t ha n   t h e   b a s e l i n e   b ut   n o t   a s   w e l l   a s   t h e   CN N   m o de l .   B a s e l i n e   (N o   S h e a r l e t )   i s   go o c o m pa r e t o   t h e   e xi s t i n t e c hn i que s ,   how e ve r   i t hi s   c a s e   i t   i s   t h e   l e a s t   e f fe c t i ve   a m o n g   t h e   t hr e e   i n   t e rm s   o f   t h e   R O a nd  A U C.   T h e s e   m e t r i c s   he l i n   u nde r s t a n d i n t h e   t ra de - o ff s   e a c h   m o de l   m a ke s   i t e rm s   o f   t r ue   po s i t i v e s   v e r s us   f a l s e   po s i t i v e s ,   w hi c i s   c r uc i a l   i s e l e c t i n g   t h e   b e s t   m o de l   de pe n d i n g   o n   t h e   a p pl i c a t i o n s .   T a b l e   i l l us t ra t e s   t h e   p r o po s e m e t h o (S T   +   CN N )   o ut pe r f o r m s   t h e   e xi s t i ng  D L N N   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.