Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması

Delal Şeker; Mustafa Said Kartal; Abdulnasır Yıldız; İlkay Öksüz

Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması

Öz

Günümüzde dijital patoloji, tümörlerin teşhisi ve tahminleme konusunda önemli bir rol oynamaktadır. Derin Öğrenme (DÖ) yöntemlerinin geniş ölçekli uygulamalarla başa çıkma yeteneği göz önüne alındığında, bu tür modeller, histopatolojik görüntülerde doku sınıflandırma için cazip bir çözüm olarak kullanılmaktadır. Bu çalışma, histopatolojik görüntülerden akciğer kanserinin otomatik sınıflandırması için doğru ve yorumlanabilir bir makine öğrenimi tekniği oluşturmayı amaçlamaktadır. Mevcut yöntemde Evrişimsel Sinir Ağları (ESA), Vision Transformer (ViT) ve EfficientNet-B1 mimarisi karşılaştırılarak LIME (Local Interpretable Model-agnostic Explanations) açıklanabilirlik metoduyla patoloji görüntüleri üzerinde kanser tespit sistemi önerilmiştir. ViT ve EfficientNet-B1 mimarisinin evrişim tabanlı ESA mimarisine göre f1-skoru, hassasiyet ve duyarlılık oranının daha başarılı sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. En yüksek başarım oranına ViT mimarisi ile yaklaşılmış olup en ayrıntılı LIME sonuçlarına ise EfficientNet-B1 mimarisi ile ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Destekleyen Kurum

Dicle Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi Koordinatörlüğü

Proje Numarası

Proje No: MÜHENDİSLİK.17.019

Teşekkür

Dicle Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi Koordinatörlüğü

Kaynakça

[1] M. B. Schabath and M. L. Cote, “Cancer progress and priorities: Lung cancer,” Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev., vol. 28, no. 10, pp. 1563–1579, 2019, doi: 10.1158/1055-9965.EPI-19-0221.
[2] M. C. Staff, “Cancer.” Accessed: May 06, 2024. [Online]. Available: https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/cancer/symptoms-causes/syc-20370588.
[3] L. L. Zullig et al., “Cancer incidence among patients of the U.S. veterans affairs health care system: 2010 update,” Mil. Med., vol. 182, no. 7, pp. e1883–e1891, 2017, doi: 10.7205/MILMED-D-16-00371.
[4] World Health Organization, “Cancer.” Accessed: May 02, 2024. [Online]. Available: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/cancer
[5] W. D. Travis, “Pathology of Lung Cancer,” Clin. Chest Med., vol. 32, no. 4, pp. 669–692, 2011, doi: 10.1016/j.ccm.2011.08.005.
[6] L. Succony, D. M. Rassl, A. P. Barker, F. M. McCaughan, and R. C. Rintoul, “Adenocarcinoma spectrum lesions of the lung: Detection, pathology and treatment strategies,” Cancer Treat. Rev., vol. 99, no. May, p. 102237, 2021, doi: 10.1016/j.ctrv.2021.102237.
[7] S. Huang, J. Yang, S. Fong, and Q. Zhao, “Artificial intelligence in cancer diagnosis and prognosis: Opportunities and challenges,” Cancer Lett., vol. 471, no. December 2019, pp. 61–71, 2020, doi: 10.1016/j.canlet.2019.12.007.
[8] T. Aitazaz, A. Tubaishat, F. Al-Obeidat, B. Shah, T. Zia, and A. Tariq, “Transfer learning for histopathology images: an empirical study,” Neural Comput. Appl., vol. 35, no. 11, pp. 7963–7974, 2023, doi: 10.1007/s00521-022-07516-7.

[9] M. Ali and R. Ali, “Multi-Input Dual-Stream Capsule Network for Improved Lung and Colon Cancer Classification,” Diagnostics, vol. 11, no. 8, 2021, doi: 10.3390/diagnostics11081485.
[10] N. Kumar, M. Sharma, V. P. Singh, C. Madan, and S. Mehandia, “An empirical study of handcrafted and dense feature extraction techniques for lung and colon cancer classification from histopathological images,” Biomed. Signal Process. Control, vol. 75, p. 103596, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.bspc.2022.103596.
[11] N. yahia Ibrahim and A. S. Talaat, “An Enhancement Technique to Diagnose Colon and Lung Cancer by using Double CLAHE and Deep Learning,” Int. J. Adv. Comput. Sci. Appl., vol. 13, no. 8, 2022, doi: https://doi.org/10.14569/IJACSA.2022.0130833.
[12] J. Fan, J. Lee, and Y. Lee, “A Transfer Learning Architecture Based on a Support Vector Machine for Histopathology Image Classification,” Appl. Sci., vol. 11, no. 14, 2021, doi: 10.3390/app11146380.
[13] M. A. Talukder, M. M. Islam, M. A. Uddin, A. Akhter, K. F. Hasan, and M. A. Moni, “Machine learning-based lung and colon cancer detection using deep feature extraction and ensemble learning,” Expert Syst. Appl., vol. 205, p. 117695, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2022.117695.
[14] S. Mangal, A. Chaurasia, and A. Khajanchi, “Convolution Neural Networks for diagnosing colon and lung cancer histopathological images.” 2020.
[15] K. Adu, Y. Yu, J. Cai, K. Owusu-Agyemang, B. A. Twumasi, and X. Wang, “DHS-CapsNet: Dual horizontal squash capsule networks for lung and colon cancer classification from whole slide histopathological images,” Int. J. Imaging Syst. Technol., vol. 31, no. 4, pp. 2075–2092, 2021, doi: https://doi.org/10.1002/ima.22569.
[16] A. A. Borkowski, M. M. Bui, L. B. Thomas, C. P. Wilson, L. A. DeLand, and S. M. Mastorides, “Lung and Colon Cancer Histopathological Image Dataset (LC25000),” pp. 1–2, 2019.
[17] J. M. JR Goldblum, LW Lamps, Rosai and Ackerman’s Surgical Pathology. 2017.
[18] C. Ieracitano, N. Mammone, A. Bramanti, A. Hussain, and F. C. Morabito, “A Convolutional Neural Network approach for classification of dementia stages based on 2D-spectral representation of EEG recordings,” Neurocomputing, vol. 323, pp. 96–107, 2019, doi: 10.1016/j.neucom.2018.09.071.
[19] S. Han, H. Mao, and W. J. Dally, “Deep compression: Compressing deep neural networks with pruning, trained quantization and Huffman coding,” 4th Int. Conf. Learn. Represent. ICLR 2016 - Conf. Track Proc., pp. 1–14, 2016.
[20] M. Tan and Q. V. Le, “EfficientNet: Rethinking model scaling for convolutional neural networks,” 36th Int. Conf. Mach. Learn. ICML 2019, vol. 2019-June, pp. 10691–10700, 2019.
[21] A. Vaswani, N. Shazeer, and N. Parmar, “Attention is All You Need,” in 31st Conference on Neural Information Processing Systems

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Elektrik Mühendisliği (Diğer)

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Delal Şeker ^*
Türkiye

Mustafa Said Kartal
Türkiye

Abdulnasır Yıldız
0000-0002-1432-8360
Türkiye

İlkay Öksüz
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

30 Temmuz 2024

Gönderilme Tarihi

15 Mayıs 2024

Kabul Tarihi

8 Temmuz 2024

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2024 Cilt: 14 Sayı: 2

IZ

https://izlik.org/JA53SH45HR

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Şeker, D., Kartal, M. S., Yıldız, A., & Öksüz, İ. (2024). Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması. EMO Bilimsel Dergi, 14(2), 59-69. https://izlik.org/JA53SH45HR

AMA

1.Şeker D, Kartal MS, Yıldız A, Öksüz İ. Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması. EMO Bilimsel Dergi. 2024;14(2):59-69. https://izlik.org/JA53SH45HR

Chicago

Şeker, Delal, Mustafa Said Kartal, Abdulnasır Yıldız, ve İlkay Öksüz. 2024. “Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması”. EMO Bilimsel Dergi 14 (2): 59-69. https://izlik.org/JA53SH45HR.

EndNote

Şeker D, Kartal MS, Yıldız A, Öksüz İ (01 Temmuz 2024) Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması. EMO Bilimsel Dergi 14 2 59–69.

IEEE

[1]D. Şeker, M. S. Kartal, A. Yıldız, ve İ. Öksüz, “Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması”, EMO Bilimsel Dergi, c. 14, sy 2, ss. 59–69, Tem. 2024, [çevrimiçi]. Erişim adresi: https://izlik.org/JA53SH45HR

ISNAD

Şeker, Delal - Kartal, Mustafa Said - Yıldız, Abdulnasır - Öksüz, İlkay. “Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması”. EMO Bilimsel Dergi 14/2 (01 Temmuz 2024): 59-69. https://izlik.org/JA53SH45HR.

JAMA

1.Şeker D, Kartal MS, Yıldız A, Öksüz İ. Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması. EMO Bilimsel Dergi. 2024;14:59–69.

MLA

Şeker, Delal, vd. “Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması”. EMO Bilimsel Dergi, c. 14, sy 2, Temmuz 2024, ss. 59-69, https://izlik.org/JA53SH45HR.

Vancouver

1.Delal Şeker, Mustafa Said Kartal, Abdulnasır Yıldız, İlkay Öksüz. Akciğer Kanseri Tespitinde Dönüşüm ve Evrişim Tabanlı Modeller ile Açıklanabilir Yapay Zeka Uygulaması. EMO Bilimsel Dergi [Internet]. 01 Temmuz 2024;14(2):59-6. Erişim adresi: https://izlik.org/JA53SH45HR