Automated diagnosis of breast ultrasonography images using deep neural networks

人工智能 计算机科学 卷积神经网络 稳健性(进化) 模式识别(心理学) 边距(机器学习) 超声科 乳腺癌 深度学习 人工神经网络 计算机视觉 机器学习 放射科 医学 癌症 基因 内科学 生物化学 化学
作者
Xiaofeng Qi,Lei Zhang,Chen Yao,Yong Pi,Yi Chen,Qing Lv,Yi Zhang
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier BV]
卷期号:52: 185-198 被引量:213
标识
DOI:10.1016/j.media.2018.12.006
摘要

Ultrasonography images of breast mass aid in the detection and diagnosis of breast cancer. Manually analyzing ultrasonography images is time-consuming, exhausting and subjective. Automated analyzing such images is desired. In this study, we develop an automated breast cancer diagnosis model for ultrasonography images. Traditional methods of automated ultrasonography images analysis employ hand-crafted features to classify images, and lack robustness to the variation in the shapes, size and texture of breast lesions, leading to low sensitivity in clinical applications. To overcome these shortcomings, we propose a method to diagnose breast ultrasonography images using deep convolutional neural networks with multi-scale kernels and skip connections. Our method consists of two components: the first one is to determine whether there are malignant tumors in the image, and the second one is to recognize solid nodules. In order to let the two networks work in a collaborative way, a region enhance mechanism based on class activation maps is proposed. The mechanism helps to improve classification accuracy and sensitivity for both networks. A cross training algorithm is introduced to train the networks. We construct a large annotated dataset containing a total of 8145 breast ultrasonography images to train and evaluate the models. All of the annotations are proven by pathological records. The proposed method is compared with two state-of-the-art approaches, and outperforms both of them by a large margin. Experimental results show that our approach achieves a performance comparable to human sonographers and can be applied to clinical scenarios.
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