User interface for cancer classification system is a software application with clinician's friendly tools and functions to diagnose cancer from pathology images. Pathology evolved from manual diagnosis to computer-aided diagnosis with the help of Artificial Intelligence tools and algorithms. In this paper, we explained each block of the project life cycle for the implementation of automated breast cancer classification software using AI and machine learning algorithms to classify normal and invasive breast histology images. The system was designed to help the pathologists in an automatic and efficient diagnosis of breast cancer. To design the classification model, Hematoxylin and Eosin (H&E) stained breast histology images were obtained from the ICIAR Breast Cancer challenge. These images are stain normalized to minimize the error that can occur during model training due to pathological stains. The normalized dataset was fed into the ResNet-34 for the classification of normal and invasive breast cancer images. ResNet-34 gave 94% accuracy, 93% F Score, 95% of model Recall, and 91% precision.
In this paper, we propose a method to fabricate a patient-specific breast implant using MRI images and 3D scan data. Existing breast implants for breast reconstruction surgery are primarily fabricated products for shaping, and among the limited types of implants, products similar to the patient's breast have been used. In fact, the larger the difference between the shape of the breast and the implant, the more frequent the postoperative side effects and the lower the satisfaction. Previous researches on the fabrication of patient-specific breast implants have used limited information based on only MRI images or on only 3D scan data. In this paper, we propose an algorithm for the fabrication of patient-specific breast implants that combines MRI images with 3D scan data, considering anatomical suitability for external shape, volume, and pectoral muscle. Experimental results show that we can produce precise breast implants using the proposed algorithm.
인공지능 알고리즘을 이용한 유방암의 조기진단에 관련된 연구는 최근들어 활발하게 진행되고 있다. 이는 연구용으로 공개된 초음파 유방 이미지를 활용하여 다양하게 개발되고 있으나, 사용자의 목적에 맞는 처리 속도 및 정확도 등에 다양한 한계점을 보인다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 논문에서는 ImageNet에서 학습된 ResNet 모델을 현미경 기반 암세포 이미지에서 활용이 가능한 다단계 전이 학습을 제안하고, 이를 다시 전이 학습하여 초음파 유방암 영상을 양성 및 악성으로 분류하는 실험을 진행하였다. 실험을 위한 영상은 양성과 악성이 포함된 250장의 유방암 초음파 영상과 27,200장의 암 세포주 영상으로 구성되었다. 제안된 다단계 전이 학습 알고리즘은 초음파 유방암 영상을 분류하였을 때 96% 이상의 정확도를 보였으며, 향후 암 세포주 및 실시간 영상처리 등의 추가를 통해 보다 높은 활용도와 정확도를 보일 것으로 기대한다.
Objective: To objectively and subjectively assess and compare the characteristics of monoenergetic images [MEI (+)] and polyenergetic images (PEI) acquired by dual-energy CT (DECT) of patients with breast cancer. Materials and Methods: This retrospective study evaluated the images and data of 42 patients with breast cancer who had undergone dual-phase contrast-enhanced DECT from June to September 2019. One standard PEI, five MEI (+) in 10-kiloelectron volt (keV) intervals (range, 40-80 keV), iodine density (ID) maps, iodine overlay images, and Z effective (Zeff) maps were reconstructed. The contrast-to-noise ratio (CNR) and the signal-to-noise ratio (SNR) were calculated. Multiple quantitative parameters of the malignant breast lesions were compared between the arterial and the venous phase images. Two readers independently assessed lesion conspicuity and performed a morphology analysis. Results: Low keV MEI (+) at 40-50 keV showed increased CNR and SNRbreastlesion compared with PEI, especially in the venous phase ([CNR: 40 keV, 20.10; 50 keV, 14.45; vs. PEI, 7.27; p < 0.001], [SNRbreastlesion: 40 keV, 21.01; 50 keV, 16.28; vs. PEI, 10.77; p < 0.001]). Multiple quantitative DECT parameters of malignant breast lesions were higher in the venous phase images than in the arterial phase images (p < 0.001). MEI (+) at 40 keV, ID, and Zeff reconstructions yielded the highest Likert scores for lesion conspicuity. The conspicuity of the mass margin and the visual enhancement were significantly better in 40-keV MEI (+) than in the PEI (p = 0.022, p = 0.033, respectively). Conclusion: Compared with PEI, MEI (+) reconstructions at low keV in the venous phase acquired by DECT improved the objective and subjective assessment of lesion conspicuity in patients with malignant breast lesions. MEI (+) reconstruction acquired by DECT may be helpful for the preoperative evaluation of breast cancer.
Lucas Glaucio da Silva;Waleska Rayanne Sizinia da Silva Monteiro;Tiago Medeiros de Aguiar Moreira;Maria Aparecida Esteves Rabelo;Emílio Augusto Campos Pereira de Assis;Gustavo Torres de Souza
Applied Microscopy
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제51권
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pp.6.1-6.9
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2021
Histopathology is a well-established standard diagnosis employed for the majority of malignancies, including breast cancer. Nevertheless, despite training and standardization, it is considered operator-dependent and errors are still a concern. Fractal dimension analysis is a computational image processing technique that allows assessing the degree of complexity in patterns. We aimed here at providing a robust and easily attainable method for introducing computer-assisted techniques to histopathology laboratories. Slides from two databases were used: A) Breast Cancer Histopathological; and B) Grand Challenge on Breast Cancer Histology. Set A contained 2480 images from 24 patients with benign alterations, and 5429 images from 58 patients with breast cancer. Set B comprised 100 images of each type: normal tissue, benign alterations, in situ carcinoma, and invasive carcinoma. All images were analyzed with the FracLac algorithm in the ImageJ computational environment to yield the box count fractal dimension (Db) results. Images on set A on 40x magnification were statistically different (p = 0.0003), whereas images on 400x did not present differences in their means. On set B, the mean Db values presented promising statistical differences when comparing. Normal and/or benign images to in situ and/or invasive carcinoma (all p < 0.0001). Interestingly, there was no difference when comparing normal tissue to benign alterations. These data corroborate with previous work in which fractal analysis allowed differentiating malignancies. Computer-aided diagnosis algorithms may beneficiate from using Db data; specific Db cut-off values may yield ~ 99% specificity in diagnosing breast cancer. Furthermore, the fact that it allows assessing tissue complexity, this tool may be used to understand the progression of the histological alterations in cancer.
Quoc Tuan Hoang;Xuan Hien Pham;Anh Vu Le;Trung Thanh Bui
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제17권3호
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pp.678-700
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2023
Diagnosing breast diseases using ultrasound (US) images remains challenging because it is time-consuming and requires expert radiologist knowledge. As a result, the diagnostic performance is significantly biased. To assist radiologists in this process, computer-aided diagnosis (CAD) systems have been developed and used in practice. This type of system is used not only to assist radiologists in examining breast ultrasound images (BUS) but also to ensure the effectiveness of the diagnostic process. In this study, we propose a new approach for breast lesion localization and segmentation using a multi-scale pyramid of the ultrasound image of a breast organ and a convolutional semantic segmentation network. Unlike previous studies that used only a deep detection/segmentation neural network on a single breast ultrasound image, we propose to use multiple images generated from an input image at different scales for the localization and segmentation process. By combining the localization/segmentation results obtained from the input image at different scales, the system performance was enhanced compared with that of the previous studies. The experimental results with two public datasets confirmed the effectiveness of the proposed approach by producing superior localization/segmentation results compared with those obtained in previous studies.
Journal of information and communication convergence engineering
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제20권1호
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pp.58-64
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2022
Breast ultrasonic reading is critical as a primary screening test for the early diagnosis of breast cancer. However, breast ultrasound examinations show significant differences in diagnosis based on the difference in image quality according to the ultrasonic equipment, experience, and proficiency of the examiner. Accordingly, studies are being actively conducted to analyze the texture characteristics of normal breast tissue, positive tumors, and malignant tumors using breast ultrasonography and to use them for computer-assisted diagnosis. In this study, breast ultrasonography was conducted to select 247 ultrasound images of 71 normal breast tissues, 87 fibroadenomas among benign tumors, and 89 malignant tumors. The selected images were calculated using a statistical method with 21 feature parameters extracted using the gray level co-occurrence matrix algorithm, and classified as normal breast tissue, benign tumor, and malignancy. In addition, we proposed five feature parameters that are available for computer-aided diagnosis of breast cancer classification. The average classification rate for normal breast tissue, benign tumors, and malignant tumors, using this feature parameter, was 82.8%.
Background: Electrical impedance tomography (EIT) is a new non-invasive, mobile screening method which does not use ionizing radiation to the human breast; allows conducting quantitative assessment of the images besides the visual interpretation. The aim of this study was to correlate the quantitative assessment and visual interpretation of breast electrical impedance tomographs and associated factors. Materials and Methods: One hundred and fifty mammography patients above 40 years and undergoing EIT were chosen using convenient sampling. Visual interpretation of the images was carried out by a radiologist with minimum of three years experience using the breast imaging - electrical impedance (BI-EIM) classification for detection of abnormalities. A set of thirty blinded EIT images were reinterpreted to determine the intra-rater reliability using kappa. Quantitative assessment was by comparison of the breast average electric conductivity with the norm and correlations with visual interpretation of the images were determined using Chi-square. One-way ANOVA was used to compare the mean electrical conductivity between groups and t-test was used for comparisons with pre-existing Caucasians statistics. Independent t-tests were applied to compare the mean electrical conductivity of women with factors like exogenous hormone use and family history of breast cancer. Results: The mean electrical conductivity of Malaysian women was significantly lower than that of Caucasians (p<0.05). Quantitative assessment of electrical impedance tomography was significantly related with visual interpretation of images of the breast (p<0.05). Conclusions: Quantitative assessment of electrical impedance tomography images was significantly related with visual interpretation.
In recent years, using Deep Learning methods to apply for medical and biomedical image analysis has seen many advancements. In clinical, using Deep Learning-based approaches for cancer image analysis is one of the key applications for cancer detection and treatment. However, the scarcity and shortage of labeling images make the task of cancer detection and analysis difficult to reach high accuracy. In 2015, the Unet model was introduced and gained much attention from researchers in the field. The success of Unet model is the ability to produce high accuracy with very few input images. Since the development of Unet, there are many variants and modifications of Unet related architecture. This paper proposes a new approach of using Unet++ with pretrained EfficientNet as backbone architecture for breast tumor cell nuclei segmentation and uses the multi-organ transfer learning approach to segment nuclei of breast tumor cells. We attempt to experiment and evaluate the performance of the network on the MonuSeg training dataset and Triple Negative Breast Cancer (TNBC) testing dataset, both are Hematoxylin and Eosin (H & E)-stained images. The results have shown that EfficientUnet++ architecture and the multi-organ transfer learning approach had outperformed other techniques and produced notable accuracy for breast tumor cell nuclei segmentation.
Breast cancer is one of the most common cancers in women worldwide. In Korea, breast cancer is most common cancer in women followed by thyroid cancer. The purpose of this study is to evaluate the possibility of using deep - run model for segmentation of breast masses and to identify the best deep-run model for breast mass segmentation. In this study, data of patients with breast masses were collected at Asan Medical Center. We used 596 images of mammography and 596 images of gold standard. In the area of interest of the medical image, it was cut into a rectangular shape with a margin of about 10% up and down, and then converted into an 8-bit image by adjusting the window width and level. Also, the size of the image was resampled to $150{\times}150$. In Deconvolution net, the average accuracy is 91.78%. In U-net, the average accuracy is 90.09%. Deconvolution net showed slightly better performance than U-net in this study, so it is expected that deconvolution net will be better for breast mass segmentation. However, because of few cases, there are a few images that are not accurately segmented. Therefore, more research is needed with various training data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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