Araştırma Makalesi

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

15 Ağustos 2020
PDF İndir
EN TR

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

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

Teşekkür

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

Kaynakça

  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.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yayımlanma Tarihi

15 Ağustos 2020

Gönderilme Tarihi

28 Haziran 2020

Kabul Tarihi

10 Ağustos 2020

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2020

Kaynak Göster

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 01 Ağustos 2020:426-433. doi:10.31590/ejosat.780675
Chicago
Dandıl, Emre, ve Semih Karaca. 2020. “MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti”. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Ağustos 1, 426-33. https://doi.org/10.31590/ejosat.780675.
EndNote
Dandıl E, Karaca S (01 Ağustos 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 ve S. Karaca, “MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti”, EJOSAT, ss. 426–433, Ağu. 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. 01 Ağustos 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, ve Semih Karaca. “MR Spektroskopi Sinyalleri Kullanılarak LSTM Derin Sinir Ağları ile Beyinde Sahte Tümörlerin Tespiti”. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Ağustos 2020, ss. 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. 01 Ağustos 2020;426-33. doi:10.31590/ejosat.780675

Cited By