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Klassifizierung von Brusttumoren auf der Grundlage von Histopathologie-Bildern unter Verwendung tiefer Merkmale und eines Ensembles von Gradient-Boosting-Verfahren

Mohammad Reza Abbasniya Sayed Ali Sheikholeslamzadeh Hamid Nasiri Samaneh Emami

Zusammenfassung

Brustkrebs ist weltweit die häufigste Krebserkrankung bei Frauen. Eine Frühdiagnose des Brustkrebses kann die Effizienz der Behandlung erheblich verbessern. Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Kosteneffizienz werden Computer-Unterstützte Diagnosesysteme (CAD) in diesem Bereich weit verbreitet eingesetzt. Für die Diagnose von Brustkrebs existieren verschiedene bildgebende Verfahren; eines der präzisesten ist die Histopathologie, die in dieser Arbeit verwendet wird. Als zentrale Methode für den Merkmalsextraktor des vorgeschlagenen CAD-Systems wird tiefes Merkmals-Transferlernen eingesetzt. Obwohl in dieser Studie 16 verschiedene vortrainierte Netzwerke getestet wurden, liegt der Fokus vor allem auf der Klassifikationsphase. Inception-ResNet-v2, das sowohl Residual- als auch Inception-Netzwerke kombiniert, hat sich bei der Merkmalsextraktion aus histopathologischen Bildern von Brustkrebsgewebe im Vergleich zu allen untersuchten CNNs als am besten geeignet erwiesen. In der Klassifikationsphase erzielte die Ensemble-Methode aus CatBoost, XGBoost und LightGBM die höchste durchschnittliche Genauigkeit. Zur Evaluation des vorgeschlagenen Ansatzes wurde der BreakHis-Datensatz verwendet, der insgesamt 7909 histopathologische Bilder (2.480 benign und 5.429 maligne) in vier Vergrößerungsstufen (40x, 100x, 200x und 400x) enthält. Die Genauigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens (IRv2-CXL), das 70 % des BreakHis-Datensatzes als Trainingsdaten nutzt, beträgt bei den jeweiligen Vergrößerungen 96,82 %, 95,84 %, 97,01 % und 96,15 %. Die meisten bisherigen Studien zur automatisierten Erkennung von Brustkrebs haben sich auf die Merkmalsextraktion konzentriert, was uns veranlasst hat, den Fokus auf die Klassifikationsphase zu legen. IRv2-CXL zeigt aufgrund der Anwendung der Soft-Voting-Ensemble-Methode, die die Vorteile von CatBoost, XGBoost und LightGBM synergistisch vereint, in allen Vergrößerungsstufen entweder bessere oder vergleichbare Ergebnisse.


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