نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1
دانشجوی دکتری، گروه بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
2
دانشیار، گروه بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
3
استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشکدهی علوم و فناوریهای پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران
4
دکتری، گروه بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
5
دانشیار، مرکز تصویربرداری پزشکی-رادیولوژی، پژوهشکدهی سرطان، مرکز تحقیقات رادیولوژی پیشرفتهی تشخیصی و مداخلهای بیمارستان امام خمینی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران
چکیده
سرطان پستان رایجترین نوع سرطان در زنان است. بیش از 80% ناهنجاریهای پستان در مراحل اولیه خوشخیم هستند. بنابراین تشخیص زودهنگام مهمترین چالش برای درمان به موقع است. یکی از روشهای غیرتهاجمی و زمان واقعی برای غربالگری سرطان پستان استفاده از سیگنالهای فرکانس رادیویی اولتراسوند (US RF) است. این روش علاوه بر تمایز بافتی و مقرون به صرفه بودن، در مقایسه با روشهای دیگر نیازی به تجهیزات تکمیلی ندارد. این پژوهش با هدف ارائهی رویکردی هوشمند برای طبقهبندی ضایعات خوشخیم، مشکوک و بدخیم پستان بر اساس ویژگیهای موثر استخراج شده از سری زمانی US RF صورت گرفته است. مجموعهی دادهی US RF ثبت شده با عنوان USRFTS شامل 170 داده از ضایعات مذکور بوده که از 88 بیمار به دست آمده است. روش پیشنهادی در این تحقیق شامل چهار بخش اصلی پیشپردازش، استخراج ویژگی، انتخاب ویژگی و طبقهبندی است. در مرحلهی پیشپردازش پس از بازسازی تصاویر B-mode از سریهای زمانی US RF ثبت شده، ناحیهی دارای ضایعه (ROI) در هر تصویر B-mode توسط پرتوشناس به صورت دستی انتخاب شده است. در ادامه ویژگیهای مختلف حوزههای زمان و فرکانس در مرحلهی استخراج ویژگی از هر ROI استخراج شده و پس از آن ویژگیهای موثر با استفاده از روش کلونی مورچه انتخاب شده است. در نهایت دادگان با استفاده از طبقهبندهای ماشین بردار پشتیبان (SVM)، K-نزدیکترین همسایه (KNN)، درخت تصمیم (DT)، تجزیهی تشخیص خطی (LDA) و همچنین روش طبقهبندی با مرجع (RCM) مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به نتایج به دست آمده بیشینهی صحت طبقهبندی دوکلاسه و سهکلاسه به ترتیب برابر با 95/94% و 33/93% ارزیابی شده است.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله English
Selection of Effective Features from Raw US RF Signals to Enhance Intelligent Breast Lesion Classification using Machine Learning
نویسندگان English
Mahsa Arab
1
Ali Fallah
2
Saeid Rashidi
3
Maryam Mehdizadeh Dastjerdi
4
Nasrin Ahmadinejad
5
1
Ph.D. Candidate, Bioelectric Group, Biomedical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2
Associate Professor, Bioelectric Group, Biomedical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
3
Assistant Professor, Biomedical Engineering Group, Medical Sciences and Technologies Department, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran
4
Ph.D., Bioelectric Group, Biomedical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
5
Associate Professor, Radiology-Medical Imaging Center, Cancer Research Institute, Imam Khomeini Hospital Advanced Diagnostic and Interventional Radiology Research Center, Medical Sciences and Technologies Department, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
چکیده English
Breast cancer stands as the most prevalent form of cancer among women, with over 80% of early-stage breast abnormalities being benign. Timely detection is therefore crucial for prompt intervention. Ultrasound Radio Frequency (US RF) signals represent a non-invasive, and real-time screening method for breast cancer, offering advantages in tissue differentiation and cost-effectiveness without requiring additional equipment. This research aims to present an intelligent approach for the classification of benign, suspicious, and malignant breast lesions based on effective features extracted from the time series. The dataset, registered as USRFTS, comprises 170 instances recorded from 88 patients. The proposed methodology encompasses four key phases: pre-processing, feature extraction, feature selection, and classification. In the pre-processing phase, B-mode images are reconstructed from US RF time series, and a radiologist manually selects the Region of Interest (ROI) in each image. Subsequently, diverse features in the time and frequency domains are extracted from each ROI during the feature extraction stage. The ant colony method is employed for the selection of impactful features. The dataset is then subjected to evaluation using classifiers such as Support Vector Machine (SVM), K-Nearest Neighbor (KNN), Decision Tree (DT), Linear Discriminant Analysis (LDA), and a reference classification method (RCM). The results demonstrate a maximum classification accuracy of 94.95% for two classes and 93.33% for three classes.
کلیدواژهها English
Radio Frequency
Ultrasound
B-Mode Images
Time Series
Classification
Machine Learning
Breast Lesions