Research Article

MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti

August 15, 2020
EN TR

MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti

Abstract

Manyetik rezonans spektroskopi (MRS) günümüzde beyin tümörlerinin tespitinde kullanılan müdahalesiz araçlardan biridir. Biyopsi gibi ameliyata bağlı enfeksiyon ve ölüm riski getirmediği için hekimler tarafından yaygın olarak tercih edilmektedir. MRS beyinle ilgili metabolik bir profil sunmaktadır. Tümör ve sahte tümörlerin MRS örüntüleri birbirleri ile benzerlik gösterebilmektedir. Bu sebepten dolayı beyin tümörünün doğru teşhisi ve sınıflandırılması, hastanın tedavi planlaması açısından hayati bir önem taşımaktadır. Bu çalışmada, MRS verileri kullanılarak, derin sinir ağları ile gerçek ve sahte beyin tümörlerinin sınıflandırılması sağlanmıştır. Çalışma kapsamında yürütülen deneysel çalışmalarda, LSTM (Long Short Term Memory – Uzun Kısa Süreli Bellek) ve Bi-LSTM (Bi-directional Long Short Term Memory – Çift Yönlü Uzun Kısa Süreli Bellek) derin sinir ağları mimarileri kullanılmıştır. Çalışmada INTERPRET veritabanında bulunan tümör ve sahte tümörlere ait MRS sinyal örüntüleri kullanılmıştır. LSTM sinir ağlarının eğitimi ve test edilmesi için çok sayıda tümör ve sahte tümöre ait MRS verisini elde etmek gerçek dünyada zor bir prosedürel süreç olduğundan, ağ eğitilmeden ve test edilmeden önce, MRS veriseti için veri büyütme (çoğaltma) yöntemleri ile veri sayısı çoğaltılmıştır. LSTM sinir ağları, hem veri çoğaltma olmadan hem de veri çoğaltma ile eğitilmiş ve test edilmiştir. Kullanılan LSTM sinir ağlarının eğitim ve testleri esnasında her model için tekrarlı K-kat çapraz doğrulama yöntemi kullanılmıştır. Eğitimler, her model için 5 kat ve 10 tekrar ile yapılmıştır. MRS verilerini bilgisayar destekli sınıflandırmaya dayalı bir yöntem ile sınıflandıran bu çalışma sonucunda, geliştirilen uygulama ile veri çoğaltma olmadan yapılan testlerde, kullanılan iki mimari için ortalama %81.15 doğruluk başarımı elde edilirken; veri çoğaltma yapıldıktan sonra yapılan testlerde, her iki mimari için ortalama %95.15 doğruluk başarımı elde edilmiştir.

Keywords

Thanks

Bu çalışmada, sınıflandırılan MRS verilerinin yer aldığı INTERPRET veri tabanının oluşturulmasında emeği geçen tüm bilim adamlarına ve projeyi finanse eden Avrupa komisyonuna teşekkürlerimizi sunarız.

References

  1. Arizmendi, C., Sierra, D. A., Vellido, A., & Romero, E. (2014). Automated classification of brain tumours from short echo time in vivo MRS data using Gaussian Decomposition and Bayesian Neural Networks. Expert systems with applications, 41(11), 5296-5307.
  2. Arús, C., Celda, B., Dasmahaptra, S., Dupplaw, D., Gonzalez-Velez, H., Van Huffel, S., . . . Peet, A. (2006). On the design of a web-based decision support system for brain tumour diagnosis using distributed agents. Paper presented at the 2006 IEEE/WIC/ACM International Conference on Web Intelligence and Intelligent Agent Technology Workshops.
  3. Butzen, J., Prost, R., Chetty, V., Donahue, K., Neppl, R., Bowen, W., . . . Kim, T. (2000). Discrimination between neoplastic and nonneoplastic brain lesions by use of proton MR spectroscopy: the limits of accuracy with a logistic regression model. American journal of neuroradiology, 21(7), 1213-1219.
  4. Callot, V., Galanaud, D., Le Fur, Y., Confort-Gouny, S., Ranjeva, J.-P., & Cozzone, P. J. (2008). 1H MR spectroscopy of human brain tumours: a practical approach. European journal of radiology, 67(2), 268-274.
  5. Crain, I. D., Elias, P. S., Chapple, K., Scheck, A. C., Karis, J. P., & Preul, M. C. (2017). Improving the utility of 1 H-MRS for the differentiation of glioma recurrence from radiation necrosis. Journal of neuro-oncology, 133(1), 97-105.
  6. Devos, A., Lukas, L., Suykens, J., Vanhamme, L., Tate, A., Howe, F., . . . Arus, C. (2004). Classification of brain tumours using short echo time 1H MR spectra. Journal of Magnetic Resonance, 170(1), 164-175.
  7. Faria, A. V., Macedo Jr, F., Marsaioli, A., Ferreira, M., & Cendes, F. (2011). Classification of brain tumor extracts by high resolution ¹H MRS using partial least squares discriminant analysis. Brazilian Journal of Medical and Biological Research, 44(2), 149-164.
  8. Fitzmaurice, C., Allen, C., Barber, R. M., Barregard, L., Bhutta, Z. A., Brenner, H., . . . Dandona, L. (2017). Global, regional, and national cancer incidence, mortality, years of life lost, years lived with disability, and disability-adjusted life-years for 32 cancer groups, 1990 to 2015: a systematic analysis for the global burden of disease study. JAMA oncology, 3(4), 524-548.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Engineering

Journal Section

Research Article

Publication Date

August 15, 2020

Submission Date

June 28, 2020

Acceptance Date

August 10, 2020

Published in Issue

Year 2020

APA
Dandıl, E., & Karaca, S. (2020). MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti. Avrupa Bilim Ve Teknoloji Dergisi, 426-433. https://doi.org/10.31590/ejosat.780675
AMA
1.Dandıl E, Karaca S. MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti. EJOSAT. Published online August 1, 2020:426-433. doi:10.31590/ejosat.780675
Chicago
Dandıl, Emre, and Semih Karaca. 2020. “MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları Ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti”. Avrupa Bilim Ve Teknoloji Dergisi, August 1, 426-33. https://doi.org/10.31590/ejosat.780675.
EndNote
Dandıl E, Karaca S (August 1, 2020) MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 426–433.
IEEE
[1]E. Dandıl and S. Karaca, “MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti”, EJOSAT, pp. 426–433, Aug. 2020, doi: 10.31590/ejosat.780675.
ISNAD
Dandıl, Emre - Karaca, Semih. “MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları Ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti”. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi. August 1, 2020. 426-433. https://doi.org/10.31590/ejosat.780675.
JAMA
1.Dandıl E, Karaca S. MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti. EJOSAT. 2020;:426–433.
MLA
Dandıl, Emre, and Semih Karaca. “MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları Ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti”. Avrupa Bilim Ve Teknoloji Dergisi, Aug. 2020, pp. 426-33, doi:10.31590/ejosat.780675.
Vancouver
1.Emre Dandıl, Semih Karaca. MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti. EJOSAT. 2020 Aug. 1;426-33. doi:10.31590/ejosat.780675

Cited By