Lung cancer histology classification from CT images based on radiomics and deep learning models

无线电技术 卷积神经网络 人工智能 肺癌 深度学习 计算机科学 特征提取 模式识别(心理学) 学习迁移 癌症 腺癌 分割 特征(语言学) 机器学习 医学 病理 内科学 哲学 语言学
作者
Panagiotis Marentakis,P. Karaiskos,Vassilis Kouloulias,Nikolaos Kelekis,Stylianos Argentos,Nikolaos Oikonomopoulos,Constantinos Loukas
出处
期刊:Medical & Biological Engineering & Computing [Springer Science+Business Media]
卷期号:59 (1): 215-226 被引量:126
标识
DOI:10.1007/s11517-020-02302-w
摘要

Adenocarcinoma (AC) and squamous cell carcinoma (SCC) are frequent reported cases of non-small cell lung cancer (NSCLC), responsible for a large fraction of cancer deaths worldwide. In this study, we aim to investigate the potential of NSCLC histology classification into AC and SCC by applying different feature extraction and classification techniques on pre-treatment CT images. The employed image dataset (102 patients) was taken from the publicly available cancer imaging archive collection (TCIA). We investigated four different families of techniques: (a) radiomics with two classifiers (kNN and SVM), (b) four state-of-the-art convolutional neural networks (CNNs) with transfer learning and fine tuning (Alexnet, ResNet101, Inceptionv3 and InceptionResnetv2), (c) a CNN combined with a long short-term memory (LSTM) network to fuse information about the spatial coherency of tumor's CT slices, and (d) combinatorial models (LSTM + CNN + radiomics). In addition, the CT images were independently evaluated by two expert radiologists. Our results showed that the best CNN was Inception (accuracy = 0.67, auc = 0.74). LSTM + Inception yielded superior performance than all other methods (accuracy = 0.74, auc = 0.78). Moreover, LSTM + Inception outperformed experts by 7-25% (p < 0.05). The proposed methodology does not require detailed segmentation of the tumor region and it may be used in conjunction with radiological findings to improve clinical decision-making. Lung cancer histology classification from CT images based on CNN + LSTM.
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