Классификация микрокальцификатов рака молочной железы с использованием гибридной модели глубокого обучения с дискретным вейвлет-преобразованием и ResNet-50 с усилением внимания

Аннотация

Рак молочной железы остается существенной проблемой общественного здравоохранения, характеризующейся растущей распространенностью. Точное раннее выявление имеет первостепенное значение для эффективного лечения и улучшения результатов лечения рака молочной железы. Разнообразие опухолей молочной железы и сложность их микросреды представляют собой значительные проблемы. Создание надежного подхода к обнаружению кальцификации молочной железы и микрокальцификации является постоянной проблемой, которую исследователи должны продолжать изучать. Цель состоит в том, чтобы разработать эффективную методологию, которая способствует повышению выживаемости пациентов. Поэтому в этой статье представлен новый подход к классификации кальцификации молочной железы в маммографии, направленный на различение доброкачественных и злокачественных случаев. Стремясь решить эти проблемы, мы предложили наш гибридный подход к классификации кальцификации молочной железы на изображениях маммограммы. Предлагаемый подход начинается с фазы предварительной обработки изображения, которая включает фильтры шумоподавления и улучшения. После этого мы предложили нашу гибридную архитектуру классификации. Гибридная модель объединяет три ключевых компонента для классификации микрокальцификатов при раке молочной железы: дискретное вейвлет-преобразование (DWT) и механизмы внимания (сжатие и возбуждение (SE)) и ResNet 50. Используя набор данных CBIS-DDSM, применение нашей предложенной гибридной модели DWT and SE-Augmented ResNet-50 достигло максимальной точности 96,74% по сравнению с использованием только ResNet 50, где ее точность достигла 91,79%.

Сведения об авторах

Hussein Alsajer, Московский политехнический университет

аспирант

Yuri Nikolaevich Philippovich, Московский политехнический университет

профессор кафедры инфокогнитивных технологий, кандидат технических наук, профессор

Литература

1. Alshehri A., AlSaeed D. Breast Cancer Detection in Thermography Using Convolutional Neural Networks (CNNs) with Deep Attention Mechanisms. Applied Sciences. 2022;12(24):12922. https://doi.org/10.3390/app122412922
2. Aswathy M.A., Jagannath M. An SVM approach towards breast cancer classification from H&E-stained histopathology images based on integrated features. Medical and Biological Engineering and Computing. 2021;59(9):1773-1783. https://doi.org/10.1007/s11517-021-02403-0
3. Boudouh S.S., Bouakkaz M. Advancing precision in breast cancer detection: a fusion of vision transformers and CNNs for calcification mammography classification. Applied Intelligence. 2024;54:(17-18):8170-8183. https://doi.org/10.1007/s10489-024-05619-3
4. Bray F., et al. Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 2024;74(3):229-263. https://doi.org/10.3322/caac.21834
5. Chakravarthy S., et al. Multi-class Breast Cancer Classification Using CNN Features Hybridization. International Journal of Computational Intelligence Systems. 2024;17:191. https://doi.org/10.1007/s44196-024-00593-7
6. Davies D.H., Dance D.R. Automatic computer detection of clustered calcifications in digital mammograms. Physics in Medicine and Biology. 1990;35(8):1111-1118. https://doi.org/10.1088/0031-9155/35/8/007
7. Henrot P., et al. Breast microcalcifications: The lesions in anatomical pathology. Diagnostic and Interventional Imaging. 2014;95(2):141-152. https://doi.org/10.1016/j.diii.2013.12.011
8. Hernández-Vázquez M.A., et al. Hybrid Feature Mammogram Analysis: Detecting and Localizing Microcalcifications Combining Gabor, Prewitt, GLCM Features, and Top Hat Filtering Enhanced with CNN Architecture. Diagnostics. 2024;14(15):1691. https://doi.org/10.3390/diagnostics14151691
9. Hu J., Shen L., Albanie S., Sun G., Wu E. Squeeze-and-Excitation Networks. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2020;42(8):2011-2023. https://doi.org/10.1109/TPAMI.2019.2913372
10. Jaamour A., Myles C., Patel A., Chen S.-J., McMillan L., Harris-Birtill D. A divide and conquer approach to maximise deep learning mammography classification accuracies. PLoS ONE. 2023;18(5):e0280841. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0280841
11. Jakkaladiki S.P., Maly F. Integrating hybrid transfer learning with attention-enhanced deep learning models to improve breast cancer diagnosis. PeerJ Computer Science. 2024;10:e1850. https://doi.org/10.7717/peerj-cs.1850
12. Kapila N., Glattki J., Rathi T. CNNtention: Can CNNs do better with Attention? arXiv:2412.11657. 2024. https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.11657
13. Leong Y.S., et al. Microcalcification Discrimination in Mammography Using Deep Convolutional Neural Network: Towards Rapid and Early Breast Cancer Diagnosis. Frontiers in Public Health. 2022;10:875305. https://doi.org/10.3389/fpubh.2022.875305
14. Liao L., Aagaard E.M. An open codebase for enhancing transparency in deep learning-based breast cancer diagnosis utilizing CBIS-DDSM data. Scientific reports. 2024;14:27318. https://doi.org/10.1038/s41598-024-78648-0
15. Loizidou K., Elia R., Pitris C. Computer-aided breast cancer detection and classification in mammography: A comprehensive review. Computers in Biology and Medicine. 2023;153:106554. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2023.106554
16. Mohamed H., Mabrouk M. S., Sharawy A. Computer aided detection system for micro calcifications in digital mammograms. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 2014;116(3):226-235. https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2014.04.010.
17. Mohan S., Ravishankar M. Modified Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization Based on Local Contrast Enhancement for Mammogram Images. In: Das V.V., Chaba Y. (eds.) Mobile Communication and Power Engineering. AIM 2012. Communications in Computer and Information Science. Vol. 296. Berlin, Heidelberg: Springer; 2013. p. 397-403. https://doi.org/10.1007/978-3-642-35864-7_60
18. Murcia-Gómez D., Rojas-Valenzuela I., Valenzuela O. Impact of Image Preprocessing Methods and Deep Learning Models for Classifying Histopathological Breast Cancer Images. Applied Sciences. 2022;12:(22):11375. https://doi.org/10.3390/app122211375
19. Murty P.S.R.C., et al. Integrative hybrid deep learning for enhanced breast cancer diagnosis: leveraging the Wisconsin Breast Cancer Database and the CBIS-DDSM dataset. Scientific reports. 2024;14:26287. https://doi.org/10.1038/s41598-024-74305-8
20. O’Grady S., Morgan M.P. Microcalcifications in breast cancer: From pathophysiology to diagnosis and prognosis. Biochimica et Biophysica Acta – R eviews on Cancer. 2018;1869(2):310-320. https://doi.org/10.1016/j.bbcan.2018.04.006
21. Rasheed Z., et al. Integrating Convolutional Neural Networks with Attention Mechanisms for Magnetic Resonance Imaging-Based Classification of Brain Tumors. Bioengineering. 2024;11(7):701. https://doi.org/10.3390/bioengineering11070701
22. Shah S., Tembhurne J. Object detection using convolutional neural networks and transformer-based models: a review. Journal of Electrical Systems and Information Technology. 2023;10:54. https://doi.org/10.1186/s43067-023-00123-z
23. Tagnamas J., et al. Multi-task approach based on combined CNN-transformer for efficient segmentation and classification of breast tumors in ultrasound images. Visual Computing for Industry, Biomedicine, and Art. 2024;7:2. https://doi.org/10.1186/s42492-024-00155-w
24. Tan M., Le Q.V. EfficientNet: Rethinking Model Scaling for Convolutional Neural Networks. In: Proceedings of the 36 th International Conference on Machine Learning, Long Beach, California, PMLR 97. 2019. p. 6105-6114. Available at: https://proceedings.mlr.press/v97/tan19a.html (accessed 13.05.2025).
25. Wang L., Sun Y. Image classification using convolutional neural network with wavelet domain inputs. IET Image Processing. 2022;16:(8):2037-2048. https://doi.org/10.1049/ipr2.12466
26. Wen X., et al. Breast cancer diagnosis: A systematic review. Biocybernetics and Biomedical Engineering. 2024;44(1):119-148. https://doi.org/10.1016/j.bbe.2024.01.002
27. Zarif S., Abdulkader H., Elaraby I., Alharbi A., Elkilani W.S., Pławiak P. Using hybrid pre-trained models for breast cancer detection. PLoS ONE. 2024;19(1):e0296912. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0296912
Опубликована
2025-07-21
Как цитировать
ALSAJER, Hussein; PHILIPPOVICH, Yuri Nikolaevich. Классификация микрокальцификатов рака молочной железы с использованием гибридной модели глубокого обучения с дискретным вейвлет-преобразованием и ResNet-50 с усилением внимания. Современные информационные технологии и ИТ-образование, [S.l.], v. 21, n. 2, p. 287-296, july 2025. ISSN 2411-1473. Доступно на: <http://sitito.cs.msu.ru/index.php/SITITO/article/view/1210>. Дата доступа: 16 may 2026 doi: https://doi.org/10.25559/SITITO.021.202502.287-296.
Раздел
Исследования и разработки в области новых ИТ и их приложений