Ultrasound Image Classification of Thyroid Nodules Based on Deep Learning

甲状腺结节 医学 结核(地质) 甲状腺 人工智能 放射科 超声波 恶性肿瘤 细针穿刺 深度学习 活检 计算机科学 病理 内科学 生物 古生物学
作者
Jingya Yang,Xiaoli Shi,Bin Gao,Wenjing Qiu,Geng Tian,Xudong Wang,Peizhen Wang
出处
期刊:Frontiers in Oncology [Frontiers Media SA]
卷期号:12 被引量:2
标识
DOI:10.3389/fonc.2022.905955
摘要

A thyroid nodule, which is defined as abnormal growth of thyroid cells, indicates excessive iodine intake, thyroid degeneration, inflammation, and other diseases. Although thyroid nodules are always non-malignant, the malignancy likelihood of a thyroid nodule grows steadily every year. In order to reduce the burden on doctors and avoid unnecessary fine needle aspiration (FNA) and surgical resection, various studies have been done to diagnose thyroid nodules through deep-learning-based image recognition analysis. In this study, to predict the benign and malignant thyroid nodules accurately, a novel deep learning framework is proposed. Five hundred eight ultrasound images were collected from the Third Hospital of Hebei Medical University in China for model training and validation. First, a ResNet18 model, pretrained on ImageNet, was trained by an ultrasound image dataset, and a random sampling of training dataset was applied 10 times to avoid accidental errors. The results show that our model has a good performance, the average area under curve (AUC) of 10 times is 0.997, the average accuracy is 0.984, the average recall is 0.978, the average precision is 0.939, and the average F1 score is 0.957. Second, Gradient-weighted Class Activation Mapping (Grad-CAM) was proposed to highlight sensitive regions in an ultrasound image during the learning process. Grad-CAM is able to extract the sensitive regions and analyze their shape features. Based on the results, there are obvious differences between benign and malignant thyroid nodules; therefore, shape features of the sensitive regions are helpful in diagnosis to a great extent. Overall, the proposed model demonstrated the feasibility of employing deep learning and ultrasound images to estimate benign and malignant thyroid nodules.
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