Artificial intelligence applications in breast imaging

Breast cancer is one of the leading health concerns, that affects millions of women worldwide. Breast cancer detection plays a vital role in improving patient outcomes and survival rates. In recent years, Computer-Aided Diagnosis (CAD) systems have emerged as powerful tools in medical imaging, lever...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Δημητρίου, Ευγενία
Άλλοι συγγραφείς: Dimitriou, Eugenia
Έκδοση: 2023
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://hdl.handle.net/10889/25233
id nemertes-10889-25233
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
topic Artificial intelligence
Breast cancer
Medical imaging
Convolutional neural networks
Τεχνητή νοημοσύνη
Καρκίνος του μαστού
spellingShingle Artificial intelligence
Breast cancer
Medical imaging
Convolutional neural networks
Τεχνητή νοημοσύνη
Καρκίνος του μαστού
Δημητρίου, Ευγενία
Artificial intelligence applications in breast imaging
description Breast cancer is one of the leading health concerns, that affects millions of women worldwide. Breast cancer detection plays a vital role in improving patient outcomes and survival rates. In recent years, Computer-Aided Diagnosis (CAD) systems have emerged as powerful tools in medical imaging, leveraging advanced deep learning algorithms to assist radiologists in accurately identifying potential cancerous lesions. This thesis focuses on the implementation and evaluation of two CAD systems, UNet and YOLOv5, for breast cancer detection. The thesis begins by providing an overview of breast cancer, highlighting its prevalence and the limitations of traditional diagnostic methods. It emphasizes the need for advanced Computer-Based systems to augment radiologists’ expertise and improve diagnostic accuracy. UNet and YOLOv5, both widely recognized in computer vision tasks, are implemented in order to aid breast cancer detection. The technical aspects of UNet and YOLOv5, including their architectures and training procedures, are discussed in detail. The thesis addresses the challenges specific to medical imaging, such as data preprocessing and augmentation techniques, and highlights the potential benefits of integrating these models into the diagnostic workflow. An extensive evaluation is conducted using a subset of digital mammograms of the INbreast dataset. Metrics including Precision, Recall and F1-Score are used to measure their effectiveness. Comparative analyses provide insights into the strengths and weaknesses of both networks. Specifically, the best results can be summarized on average for the UNet as Precision: 85.87%, Recall: 85.10% and F1-Score: 84.25%. For the UNet CLAHE as Precision: 89.73%, Recall: 84.12% and F1- Score: 85.13%. Lastly for the YOLOv5 as Precision: 92.30%, Recall: 90.60% and F1-Score: 91.20%. Recommendations and further improvements, such as model optimization are also included. The conclusions drawn from this thesis highlight the potential of UNet and YOLOv5 in breast cancer detection. The implemented CAD systems demonstrate the ability to accurately detect cancerous lesions in medical images, aiding radiologists in making timely and informed diagnoses. The findings emphasize the importance of comprehensive and diverse datasets, as well as collaboration between medical professionals and computer scientists, to optimize CAD systems and drive advancements in breast cancer detection. Overall, this thesis contributes to the research on CAD systems, and their potential to improve the accuracy and efficiency of breast cancer diagnosis. Continued research in this field holds promise for further advancements, ultimately leading to enhanced patient outcomes and a significant reduction in breast cancer-related morbidity and mortality.
author2 Dimitriou, Eugenia
author_facet Dimitriou, Eugenia
Δημητρίου, Ευγενία
author Δημητρίου, Ευγενία
author_sort Δημητρίου, Ευγενία
title Artificial intelligence applications in breast imaging
title_short Artificial intelligence applications in breast imaging
title_full Artificial intelligence applications in breast imaging
title_fullStr Artificial intelligence applications in breast imaging
title_full_unstemmed Artificial intelligence applications in breast imaging
title_sort artificial intelligence applications in breast imaging
publishDate 2023
url https://hdl.handle.net/10889/25233
work_keys_str_mv AT dēmētrioueugenia artificialintelligenceapplicationsinbreastimaging
AT dēmētrioueugenia epharmogestēstechnētēsnoēmosynēsstēnapeikonisēmastou
_version_ 1771297268376272896
spelling nemertes-10889-252332023-06-29T03:57:41Z Artificial intelligence applications in breast imaging Εφαρμογές της τεχνητής νοημοσύνης στην απεικόνιση μαστού Δημητρίου, Ευγενία Dimitriou, Eugenia Artificial intelligence Breast cancer Medical imaging Convolutional neural networks Τεχνητή νοημοσύνη Καρκίνος του μαστού Breast cancer is one of the leading health concerns, that affects millions of women worldwide. Breast cancer detection plays a vital role in improving patient outcomes and survival rates. In recent years, Computer-Aided Diagnosis (CAD) systems have emerged as powerful tools in medical imaging, leveraging advanced deep learning algorithms to assist radiologists in accurately identifying potential cancerous lesions. This thesis focuses on the implementation and evaluation of two CAD systems, UNet and YOLOv5, for breast cancer detection. The thesis begins by providing an overview of breast cancer, highlighting its prevalence and the limitations of traditional diagnostic methods. It emphasizes the need for advanced Computer-Based systems to augment radiologists’ expertise and improve diagnostic accuracy. UNet and YOLOv5, both widely recognized in computer vision tasks, are implemented in order to aid breast cancer detection. The technical aspects of UNet and YOLOv5, including their architectures and training procedures, are discussed in detail. The thesis addresses the challenges specific to medical imaging, such as data preprocessing and augmentation techniques, and highlights the potential benefits of integrating these models into the diagnostic workflow. An extensive evaluation is conducted using a subset of digital mammograms of the INbreast dataset. Metrics including Precision, Recall and F1-Score are used to measure their effectiveness. Comparative analyses provide insights into the strengths and weaknesses of both networks. Specifically, the best results can be summarized on average for the UNet as Precision: 85.87%, Recall: 85.10% and F1-Score: 84.25%. For the UNet CLAHE as Precision: 89.73%, Recall: 84.12% and F1- Score: 85.13%. Lastly for the YOLOv5 as Precision: 92.30%, Recall: 90.60% and F1-Score: 91.20%. Recommendations and further improvements, such as model optimization are also included. The conclusions drawn from this thesis highlight the potential of UNet and YOLOv5 in breast cancer detection. The implemented CAD systems demonstrate the ability to accurately detect cancerous lesions in medical images, aiding radiologists in making timely and informed diagnoses. The findings emphasize the importance of comprehensive and diverse datasets, as well as collaboration between medical professionals and computer scientists, to optimize CAD systems and drive advancements in breast cancer detection. Overall, this thesis contributes to the research on CAD systems, and their potential to improve the accuracy and efficiency of breast cancer diagnosis. Continued research in this field holds promise for further advancements, ultimately leading to enhanced patient outcomes and a significant reduction in breast cancer-related morbidity and mortality. Ο καρκίνος του μαστού αποτελεί ένα από τα βασικότερα προβλήματα υγείας που επηρεάζουν εκατομμύρια γυναίκες παγκοσμίως. Η έγκαιρη ανίχνευση του καρκίνου του μαστού παίζει σημαντικό ρόλο στη βελτίωση της θεραπείας για τους ασθενείς, καθώς και στα ποσοστά επιβίωσης. Τα τελευταία χρόνια, τα Computer-Aided Diagnosis (CAD) συστήματα αποτελούν ισχυρά εργαλεία στην ιατρική απεικόνιση, χρησιμοποιώντας προηγμένους αλγόριθμους βαθιάς μάθησης για να βοηθήσουν τους ακτινολόγους να ανιχνεύσουν με ακρίβεια καρκινικούς όγκους. Αυτή η διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην υλοποίηση και αξιολόγηση δύο CAD συστημάτων, του UNet και του YOLOv5, για την ανίχνευση του καρκίνου του μαστού. Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσίαζει μια επισκόπηση του καρκίνου του μαστού, τονίζοντας την συχνότητα του καθώς και τους περιορισμούς των παραδοσιακών μεθόδων διάγνωσης. Υπογραμμίζεται η ανάγκη για προηγμένα συστήματα βασισμένα σε υπολογιστές για την ενίσχυση της εξειδίκευσης των ακτινολόγων και τη βελτίωση της διαγνωστικής ακρίβειας. Το UNet και το YOLOv5, ευρέως αναγνωρισμένα συστήματα σε τεχνικές μηχανικής όρασης, εφαρμόζονται για να βοηθήσουν στην ανίχνευση του καρκίνου του μαστού. Οι τεχνικές πτυχές του UNet και του YOLOv5, συμπεριλαμβανομένης της αρχιτεκτονικής τους και των διαδικασιών εκπαίδευσης, συζητούνται αναλυτικά. Η εν λόγω διπλωματική εργασία αναφέρει τις προκλήσεις που σχετίζονται με την ιατρική απεικόνιση, όπως είναι η προεπεξεργασία των δεδομένων και οι τεχνικές αύξησης αυτών, και τονίζει τα πλεονεκτήματα της ενσωμάτωσης αυτών των μοντέλων στη διαγνωστική διαδικασία. Πραγματοποιείται μια εκτενής αξιολόγηση των συστημάτων χρησιμοποιώντας ένα υποσύνολο ψηφιακών μαστογραφιών από το σύνολο δεδομένων INbreast. Χρησιμοποιούνται μετρικές, όπως το Precision, το Recall και το F1-Score με σκοπό να μετρηθεί η αποτελεσματικότητα των συστημάτων. Οι συγκριτικές αναλύσεις παρέχουν πληροφορίες για τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των δύο δικτύων. Ειδικότερα, τα καλύτερα αποτελέσματα μπορούν να περιληφθούν ως εξής: για το UNet Precision: 85.87%, Recall: 85.10% και F1-Score: 84.25%. Για το UNet CLAHE Precision: 89.73%, Recall: 84.12% και F1-Score: 85.13%. Τέλος για το YOLOv5 Precision: 92.30%, Recall: 90.60% και F1-Score: 91.20%. Συμπεριλαμβάνονται επίσης προτάσεις για περαιτέρω βελτιστοποίηση του μοντέλου. Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από αυτήν τη διπλωματική εργασία αναδεικνύουν τις δυνατότητες του UNet και του YOLOv5 στην ανίχνευση του καρκίνου του μαστού. Τα εφαρμοσμένα συστήματα CAD αποδεικνύουν την ικανότητά τους να ανιχνεύουν με ακρίβεια καρκινικούς όγκους σε μαστογραφίες, βοηθώντας τους ακτινολόγους να κάνουν έγκαιρες και ακριβείς διαγνώσεις. Τα ευρήματα υπογραμμίζουν τη σημασία της ευρείας και ποικίλης συλλογής δεδομένων, καθώς και τη συνεργασία ανάμεσα σε ιατρούς και επιστήμονες υπολογιστών, προκειμένου να βελτιστοποιηθούν τα συστήματα CAD και να συμπεριληφθούν στην ανίχνευση του καρκίνου του μαστού. Συνοψίζοντας, η παρούσα διπλωματική εργασία συνεισφέρει στην έρευνα των CAD συστημάτων και τη δυνατότητά τους να συμβάλλουν στην ακρίβεια και την αποδοτικότητα της διάγνωσης του καρκίνου του μαστού. Η συνεχής έρευνα σε αυτό το πεδίο είναι πολλά υποσχόμενη για περαιτέρω προόδους, καταλήγωντας στην βελτίωση των αποτελεσμάτων για τους ασθενείς και στη σημαντική μείωση της θνησιμότητας που σχετίζεται με τον καρκίνο του μαστού. 2023-06-28T11:13:38Z 2023-06-28T11:13:38Z 2023-06-28 https://hdl.handle.net/10889/25233 application/pdf