SCIENTIFIC HUB

Araştırmanın izini sürün.

SCIENTIFIC LITERATURE · MED

Elle çizilmiş daire görüntüleri kullanarak Parkinson hastalığı tespiti için verimli bir çarpan tabanlı FPGA CNN hızlandırıcısı.

An efficient multiplier-based FPGA CNN accelerator for Parkinson's disease detection using hand-drawn circle images.

Makine çevirisi · Editoryal inceleme bekliyor

Front Artif Intell · 2026-07-17

DOI: 10.3389/frai.2026.1813130PMID: 42539637

Open accessresearch-article; Journal ArticleKaynağa git ↗

Araştırma özeti

Kaynak özetin Türkçe makine çevirisi. Klinik kullanım öncesinde özgün yayınla karşılaştırılmalı; hekim incelemesi değildir. cc by

GirişBu çalışma, verimli çarpan mimarileri aracılığıyla aritmetik seviye optimizasyonuna vurgu yaparak, el çizilmiş daire görüntüleri kullanılarak ön Parkinson hastalığı (PD) el yazısı sınıflandırması için Alan Programlanabilir Kapı Dizisi (FPGA) tabanlı bir konvolüsyonel sinir ağı (CNN) hızlandırıcı sunmaktadır. Optimize edilmiş çarpanlar makine öğrenimi hızlandırması için kapsamlı olarak çalışılmış olsa da, sağlık odaklı FPGA uygulamalarında çıkarım tutarlılığı ve donanım verimliliği üzerindeki uygulama özgü etkileri az araştırılmıştır.MetodlarBu sorunu gidermek için, Google Colab'da eğitilmiş hafif bir ikili CNN sınıflandırıcısı, FPGA donanımında konuşlandırılmış ve üç çarpan mimarisi ile değerlendirilmiştir: standart çarpanlar, yaklaşık logaritmik çarpanlar ve Karatsuba çarpanları. Masaüstü CNN modeli, hem artırımsız doğrulama hem de standart büyütme stratejileri kullanılarak değerlendirildi. Birincil değerlendirme metodolojisi, güçlendirmenin yalnızca eğitim setine uygulandığı ve% 92.86 yazılım doğrulama doğruluğuna neden olan bir yükseltme doğrulama yaklaşımı kullandı. Standart büyütme stratejisi, %97.83'lük bir doğrulama doğruluğu elde etti ve bölünmeden önce büyütmenin etkilerini karşılaştırmak için kullanıldı. Eğitimli model, Q4.12 sabit nokta hassasiyetine ayarlandı ve farklı çarpan mimarileri kullanılarak yoğun katman hesaplamalarının yapıldığı FPGA donanımında uygulandı. Donanım çıkarımı NewHandPD elle çizilmiş daire veri kümesinde doğrulandı ve FPGA çıktıları, sayısal tutarlılığı değerlendirmek için grafik analiz ve Mean Absolute Deviation (MAD) yoluyla yazılım çıkarım sonuçlarıyla karşılaştırıldı.SonuçlarDeneysel sonuçlar, FPGA tabanlı uygulamanın donanım verimliliğini artırırken yazılım çıkarımına yakın bir şekilde hizalanmış sınıflandırma davranışı elde ettiğini göstermektedir. Yükseltmesiz doğrulama yaklaşımı altında, FPGA uygulaması yazılımda %92,86'ya kıyasla %89,73 doğruluk elde ederken, standart büyütme stratejisi yaklaşık Logaritmik Çarpıcı'yı kullanan yazılımda %97,83'e kıyasla %95,40 doğruluk elde etti. Bununla birlikte, sınırlı veri kümesi boyutu nedeniyle, sunulan bulgular kesin klinik doğrulama yerine ön kavram kanıtı çalışması olarak yorumlanmalıdır.

Özgün kaynak özetini okuyun

IntroductionThis study presents a Field-Programmable Gate Array (FPGA)-based convolutional neural network (CNN) accelerator for preliminary Parkinson's disease (PD) handwriting classification using hand-drawn circle images, with emphasis on arithmetic-level optimization through efficient multiplier architectures. Although optimized multipliers have been extensively studied for machine learning acceleration, their application-specific effects on inference consistency and hardware efficiency in healthcare-oriented FPGA implementations remain underexplored.MethodsTo address this issue, a lightweight binary CNN classifier, trained on Google Colab, is deployed on FPGA hardware and evaluated with three multiplier architectures: standard multipliers, approximate logarithmic multipliers, and Karatsuba multipliers. The desktop CNN model was evaluated using both non-augmentation validation and standard augmentation strategies. The primary evaluation methodology used a non-augmentation validation approach, in which augmentation was applied exclusively to the training set, resulting in a software validation accuracy of 92.86%. The standard augmentation strategy achieved a validation accuracy of 97.83% and was used to compare the effects of augmentation before splitting. The trained model was quantized to Q4.12 fixed-point precision and implemented on FPGA hardware, where dense-layer computations were performed using different multiplier architectures. Hardware inference was validated on the NewHandPD hand-drawn circle dataset, and FPGA outputs were compared with software inference results via graphical analysis and Mean Absolute Deviation (MAD) to assess numerical consistency.ResultsExperimental results indicate that the FPGA-based implementation achieved classification behavior closely aligned with software inference while improving hardware efficiency. Under the non-augmentation validation approach, the FPGA implementation achieved 89.73% accuracy compared to 92.86% in software, whereas the standard augmentation strategy achieved 95.40% accuracy compared to 97.83% in software using the Approximate Logarithmic Multiplier.DiscussionThe results indicate the potential feasibility of lightweight CNN deployment with optimized multipliers for resource-efficient edge healthcare applications. However, due to the limited dataset size, the presented findings should be interpreted as a preliminary proof-of-concept study rather than definitive clinical validation.

Bilimsel değerlendirme

01

Araştırma sorusu

Sorunun kapsamı orijinal çalışma üzerinden değerlendirilir.

02

Yöntem ve örneklem

Çalışma tasarımı ve örneklem için kaynak makaleyi kontrol edin.

03

Temel bulgular

Bu kayıt için editoryal olarak onaylanmış bulgu özeti henüz yayımlanmadı.

04

Sınırlılıklar

Sonuçların genellenebilirliği, yanlılık ve klinik anlamı ayrıca incelenmelidir.

Bibliyografik veriden yöntem, örneklem veya klinik sonuç çıkarımı yapılmaz.