تشخیص سرطان سینه با استفاده از شبکه بهبودیافته ZFNet-ELM با الگوریتم بهینه‌سازی COA

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه کامپیوتر ، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

تشخیص زودهنگام و دقیق سرطان سینه براساس تصاویر ماموگرافی می‌تواند به پزشکان در درمان به موقع بیماری کمک بسزایی کند. از طرفی اکثر شبکه‌های عمیق مورد استفاده در سیستم‌های تشخیص سرطان سینه (BC)، به دلیل استفاده از لایه‌های تمام متصل، روش آموزشی زمان بر و حجم محاسبات بالا، برای کاربردهای بلادرنگ مناسب نیستند. لذا در این مقاله، یک روش جدید ترکیبی مبتنی‌بر یادگیری عمیق و هوش ازدحامی به نام EZFNet-ELM-COA جهت تشخیص بلادرنگ سرطان سینه (BC) پیشنهاد شده است. در شبکه EZFNet پیشنهادی، در لایه‌های کانولوشنی شبکه ZFNet، فیلترهای سایز بزرگ با دو سری فیلتر سایز کوچک‌تر جایگزین شده‌اند و سپس خروجی‌های فیلترها با یکدیگر الحاق شده است. استفاده از این تکنیک چندمقیاسی باعث استخراج ویژگی‌های موثرتر توسط شبکه می‌گردد. همچنین جهت بالابردن سرعت آموزش و کاهش محسوس حجم محاسبات، لایه‌های تمام متصل (FC) شبکه EZFNet از پیش‌آموزش‌دیده توسط ELM جایگزین شد. در انتها نیز قابلیت تعمیم ELM با استفاده از بروزرسانی وزن‌ها و بایاس‌های لایه وروی ELM توسط الگوریتم بهینه‌سازی کواتی (COA) بهبود داده شده است. جهت بررسی عملکرد سیستم، از شش معیار ارزیابی، استفاده شده است، که مدل پیشنهادی ما در معیارهای: دقت، صحت، حساسیت، تشخیص‌پذیری، F1-score و MCC به ترتیب مقادیر: 97/97،70/95، 15/97، 28/98، 45/96 و 98/93 درصدی را بدست آورده است. نتایج بدست آمده افزایش دقت، بهبود کارآیی، کاهش چشمگیر زمان محاسبات و سطح عملکردی بالای سیستم پیشنهادی را نسبت به روش‌های موجود نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Breast cancer diagnosis using improved ZFNet-ELM network with COA optimization algorithm

نویسنده [English]

  • Sara Khosravi
Department of Computer, Payame Noor University, PO. BOX 19395-3697 Tehran, Iran
چکیده [English]

Early and accurate diagnosis of breast cancer based on mammography images can greatly help doctors in timely treatment of the disease. On the other hand, most of the deep networks used in breast cancer (BC) detection systems are not suitable for real-time applications due to the use of fully connected layers, time-consuming training method and high calculation volume. Therefore, in this article, a new hybrid method based on deep learning and crowd intelligence called EZFNet-ELM-COA is proposed for real-time detection of breast cancer (BC). In the proposed EZFNet network, in the convolutional layers of the ZFNet network, large size filters have been replaced by two series of smaller size filters, and then the outputs of the filters have been joined together. The use of this multi-scale technique makes the network extract more effective features. Also, in order to increase the speed of training and significantly reduce the volume of calculations, fully connected (FC) layers of the pre-trained EZFNet network were replaced by ELM. At the end, the generalization capability of ELM has been improved by updating the weights and biases of the ELM layer by the Quati Optimization Algorithm (COA). In order to check the performance of the system, six evaluation criteria have been used, and our proposed model has the following criteria: accuracy, precision, sensitivity, recognizability, F1-score and MCC values respectively: 97.97, 95.70, and 15. 97, 98.28, 96.45 and 93.98 percent have been obtained. The obtained results show the increase of accuracy, improvement of efficiency, significant reduction of calculation time and high performance level of the proposed system compared to the existing methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Deep learning
  • Artificial intelligence
  • Breast cancer diagnosis
  • Deep convolutional neural network
  • Coauti Optimization Algorithm (COA)