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%.
Литература
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

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Редакционная политика журнала основывается на традиционных этических принципах российской научной периодики и строится с учетом этических норм работы редакторов и издателей, закрепленных в Кодексе поведения и руководящих принципах наилучшей практики для редактора журнала (Code of Conduct and Best Practice Guidelines for Journal Editors) и Кодексе поведения для издателя журнала (Code of Conduct for Journal Publishers), разработанных Комитетом по публикационной этике - Committee on Publication Ethics (COPE). В процессе издательской деятельности редколлегия журнала руководствуется международными правилами охраны авторского права, нормами действующего законодательства РФ, международными издательскими стандартами и обязательной ссылке на первоисточник.
Журнал позволяет авторам сохранять авторское право без ограничений. Журнал позволяет авторам сохранить права на публикацию без ограничений.
Издательская политика в области авторского права и архивирования определяются «зеленым цветом» в базе данных SHERPA/RoMEO.
Все статьи распространяются на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная, которая позволяет другим использовать, распространять, дополнять эту работу с обязательной ссылкой на оригинальную работу и публикацию в этом журналe.
