Ultrasonic Diagnosis of Breast Nodules Using Modified Faster R-CNN

卷积神经网络 计算机科学 人工智能 恶性肿瘤 模式识别(心理学) 特征提取 乳腺癌 特征(语言学) 超声波传感器 深度学习 放射科 医学 癌症 病理 语言学 哲学 内科学
作者
Zihao Zhang,Xuesheng Zhang,X.J. Lin,Licong Dong,Sure Zhang,Xueling Zhang,Desheng Sun,Kehong Yuan
出处
期刊:Ultrasonic Imaging [SAGE Publishing]
卷期号:41 (6): 353-367 被引量:26
标识
DOI:10.1177/0161734619882683
摘要

Breast cancer has become the biggest threat to female health. Ultrasonic diagnosis of breast cancer based on artificial intelligence is basically a classification of benign and malignant tumors, which does not meet clinical demand. Besides, the current target detection method performs poorly in detecting small lesions, while it is clinically required to detect nodules below 2 mm. The objective of this study is to (a) propose a diagnostic method based on Breast Imaging Reporting and Data System (BI-RADS) and (b) increase its detectability of small lesions. We modified the framework of Faster R-CNN (Faster Region-based Convolutional Neural Network) by introducing multi-scale feature extraction and multi-resolution candidate bound extraction into the network. Then, it was trained using 852 images of BI-RADS C2, 739 images of C3, and 1662 images of malignancy (BI-RADS 4a/4b/4c/5/6). We compared our model with unmodified Faster R-CNN and YOLO v3 (You Only Look Once v3). The mean average precision (mAP) is significantly increased to 0.913, while its average detection speed is slightly declined to 4.11 FPS (frames per second). Meanwhile, its detectivity of small lesions is effectively improved. Moreover, we also tentatively applied our model on video sequences and got satisfactory results. We modified Faster R-CNN and trained it partly based on BI-RADS. Its detectability of lesions, as well as small nodules, was significantly improved. In view of wide coverage of dataset and satisfactory test results, our method can basically meet clinical needs.

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