I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   20 20 ,   pp .   2336 ~ 2348   IS S N :   2088 - 8708 D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 10 i 3 . pp2336 - 2348             2336       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om / i nd e x . php / IJ E CE   Im a g e   p r o c e ssi n g   a n d   m a c h i n e   l e a r n i n g   t e c h n i q u e   u sed i n   c o m p u t e r - a i d e d   d e t e c t i o n   s y st e m   f o r     m a m m o g r a m   scr e e n i n g - A   r e v i e w       S u s am B ag c h i ,   K i m   G ai k   Tay ,   A u d r e y   H u o n g,   S an jo K u m ar   D e b n ath   F a c ul t y   o f   E l e c t r i c a l   a nd   E l e c t r o ni c   E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s i t i   T un   H u s s e i n   O nn   M a l a y s i a ,   M a l a y s i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   A ug  21 ,   201 9   R e v i s e N o v   11 ,   2019   A c c e pt e N o v   25 ,   20 19       T hi s   pa pe r   a i m s   t o   r e v i e w   t h e   pr e v i o us l y   de v e l o pe C o m p ut e r - a i d e d   de t e c t i o ( C A D )   s y s t e m s   f o r   m a m m o g r a m   s c r e e ni ng   be c a u s e   i nc r e a s i ng   de a t r a t e   i w o m e du e   t o   b r e a s t   c a nc e r   i s   a   g l o ba l   m e di c a l   i s s u e   a nd  i t   c a n   be   c o nt r o l l e o nl y   b y   e a r l y   de t e c t i o w i t r e g ul a r   s c r e e ni ng .   T i l l   no w   m a m m og r a phy   i s   t he   w i de l y   us e br e a s t   i m a g i ng   m o da l i t y .   C A D   s y s t e m s   ha v e   be e a do pt e by   t he   r a d i o l o g i s t s   t o   i nc r e a s e   t he   a c c ur a c y   o f   t he   br e a s t   c a nc e r   di a g no s i s   by   a v o i di ng   hum a e r r o r s   a nd  e xpe r i e nc e   r e l a t e i s s ue s .   T hi s   s t udy   r e v e a l s   t h a t   i s pi t e   o f   t he   h i g he r   a c c ur a c y   o bt a i n e by   t he   e a r l i e r   pr o po s e C A D   s y s t e m s   f o r   br e a s t   c a nc e r   d i a g no s i s ,   t he y   a r e   no t   f ul l y   a ut o m a t e d.   M o r e o v e r ,   t he   f a l s e - po s i t i v e   m a m m og r a m   s c r e e n i ng   c a s e s   a r e   hi g i num be r   a n o v e r - di a g no s i s   o f   br e a s t   c a nc e r   e xpo s e s   a   pa t i e nt   t o w a r d s   ha r m f ul   o v e r t r e a t m e n t   f o r   w hi c a   hug e   a m o unt   of   m o ne y   i s   be i n g   w a s t e d.   I a ddi t i o n,   i t   i s   a l s o   r e po r t e t ha t   t h e   m a m m o g r a m   s c r e e ni ng   r e s u l t   w i t a n w i t ho ut   C A D   s y s t e m s   do e s   no t   ha v e   no t i c e a bl e   d i f f e r e nc e ,   w he r e a s     t he   und e t e c t e c a nc e r   c a s e s   by   C A D   s y s t e m   a r e   i nc r e a s i ng .   T h us ,   f ut u r e   r e s e a r c i s   r e qui r e t o   i m pr o v e   t he   pe r f o r m a nc e   o f   C A D   s y s t e m   f o r   m a m m og r a m   s c r e e n i ng   a n m a ke   i t   c o m pl e t e l y   a ut o m a t e d .   Ke y w or d s :   B r e a s t   c a n c e s c r e e n i n g   CA D   s y s t e m   Cl a s s i f i c a t i o n   M e di c a l   i m a gi ng  s y s t e m s   S e gm e n t a t i o n     C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e   A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   K i m   G a i T a y ,     F a c ul t y   of   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i ng,   U n i v e r s i t i   T u n   H us s e i O nn  M a l a y s i a ,   P a ri t   R a j a ,   B a t u   pa ha t ,   J o h o r,   8 6400 ,   M a l a y s i a .   E m a i l :   t a y @ ut hm . e du . m y       1.   I N TR O D U C TI O N   B r e a s t   c a n c e r   c o unt s   i n   4   a m o n a l l   c a n c e c a s e s   i w o m e n   [1]   a n d   t hi s   i t s e l f   e xp r e s s e s     t h e   s e ve r i t y   o f   t h e   di s e a s e .   T h i s   d i s e a s e   n o t   o n l y   r a i s e s   c o nc e r n   f o r   w o m e n ,   b ut   i t   c a h a ppe n   t o   m e n   a l s o ,   a l t h o ug t h e   num b e i s   l i m i t e d   [2] .   S i n c e   t h e   de a t ra t e   i s   h i gh  due   t o   b r e a s t   c a n c e r   a n e a rl y   s y m pt o m s   a r e   ra r e l y   fo un d,   h e n c e ,   r e gul a r   s c r e e ni n i s   t h e   o n l y   o pt i o n   t o   s a v e   a   l i fe .   T h e r e   a r e   t w o   w a y s   of   b r e a s t   c a n c e de t e c t i o n ,   na m e l y   v i a   i m a g i n a n c l i n i c a l   l a b o r a t o r y   e v a l ua t i o n .   Im a gi ng  di a g n o s i s   i s   h y po t h e t i c a l   a n i t   i n c l ude s   i n t e r p r e t a t i o n   o f   di f fe r e n t   m e di c a l   i m a ge s   by   e i t h e r   ra di o l o gi s t s   o r   us i n c o m put e r - a i de de t e c t i o (CA D s y s t e m s .   W h e r e a s ,   l a b o r a t o r y   t e s t s   i n v o l v e   n i ppl e   a s pi r a t e   f l ui (N A F a na l y s i s ,   b r e a s t   b i o ps y   a n d   ge n e t i c   t e s t .   T h e s e   b i o l o gi c a l   t e s t s   a r e   c o s t l y ,   i n v a s i v e ,   r i s k y ,   a n c a n   c o n t ri b ut e   t o   pa t i e n t s ’  di s c o m f o r t   duri n t h e   p r o c e dur e   a n h e n c e ,   i m a ge   s c r e e n i ng  i s   pe r f o r m e t o   f i n o ut   t h e   p r e s e n c e   of   c a r c i n o m a   i b r e a s t   t i s s ue s   b e fo r e   a i ndi v i du a l   i s   r e f e rr e f o r   i n v a s i v e   m e a n s   o f   b i o l o gi c a l   d i a g n o s i s .   D e t e c t i o n   of   a b n o r m a l   t i s s ue s   i n   m e di c a l   i m a ge s   i s   t h e   s i g n s   o n   w h i c h   n o n - i n v a s i v e   i m a g i n di a g n o s i s   i s   b a s e d.   T h e r e   a r e   s e ve r a l   a v a i l a b l e   m e t h o ds   f o r   i m a g i n o f   t h e   b r e a s t ,   s uc h   a s   m a m m o gra p h y ,   ul t ra s o un d ,   m a g n e t i c   r e s o n a n c e   i m a gi ng  (M R I),   c o m put e t o m o gr a p h y   (CT ),   po s i t r o n - e m i s s i o n   t o m o g r a p h y   (P E T a nd  m i c r o w a ve   i m a gi ng  a s   i l l us t ra t e i n   F i gu r e   1 .   A   CA D   s y s t e m   f i r s t   r e a ds   a   m e di c a l   i m a ge   b e fo r e   i t   s e que n t i a l l y   pe r fo r m s   p r e - p r o c e s s i n g ,   s e gm e n t a t i o n,   f e a t ur e   e xt ra c t i o n,   a n c l a s s i f i c a t i o n   a c t i v i t i e s   [3]   on   t ha t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       Im age   pr oc e s s i ng   and   m ac h i n e   l e ar n i ng   t e c hn i qu e s . . .   ( Sus am B a gc h i )   2337   m e di c a l   i m a ge   t o   i de n t i f y   t h e   n o r m a l   a n a b n o r m a l   t i s s ue s .   T h e   CA D   s y s t e m   m us t   a l s o   b e   a b l e   t o   c l a s s i f m a l i g na n t   t u m o r s   f r o m   a b n o rm a l   c a s e s .   T h e   w o r ki n g   p r o c e dur e   o f   m a m m o gr a m   s c r e e ni n t hr o ug h   a   CA D   s y s t e m   i s   de pi c t e i n   F i gu r e   2 .   CA D   s y s t e m s   a r e   o f   h i g h   p r e f e r e n c e   f o r   a ut o m a t i c   i m a ge   a na l y s i s   t o   a v o i m i s di a g n o s i s   due   t   t h e   i n v o l ve r a d i o l o gi s t ’s   l a c o f   e xpe r i e n c e .   I n   a ddi t i o n,   i t   w a s   a l s o   e xpe c t e t o   s a ve   m o n e y   by   a v o i di n do ub l e   r e a di ng  by   r a di o l o gi s t s   w h i l e   c o n s i de ri n s i n g l e   r e a di n b y   CA D   s y s t e m .   S e ve r a l   r e s e a r c h e s   w e r e   a l r e a dy   do n e   o n   di f fe r e nt   CA D   s y s t e m   f o r   b r e a s t   c a n c e r   di a gn o s i s .   B ut   r e po r t   s a y s   [4]   t h a t   t h e   f a l s e - po s i t i ve   ra t e   o f   m a m m o g r a p hi c   s c r e e ni n g   h a s   b e e n   i n c r e a s e s ub s t a n t i a l l y   t ha n   pa s t   y e a r s   w h i c h   i n   t u rn  r a i s e s     t h e   o v e r - di a g n o s i s   r a t e   f o r   b r e a s t   c a n c e r .   M o r e o v e r ,   i t   w a s   a l s o   r e v e a l e [5]   t h a t   t h e   r e s ul t s   o b t a i n e a f t e r   s c r e e n i n g   t h e   m a m m o g r a m   w i t h   a n d   w i t h o ut   CA D   s y s t e m s   fo r   b o t h   s e n s i t i v i t y   a n s pe c i f i c i t y   a r e   n e a r l y   s i m i l a a n d   t h e   n o n - a c c u r a t e   b r e a s t   c a n c e r   d i a g n o s i s   by   a   C A D   s y s t e m   i n c r e a s e s   t h e   f a l s e - n e g a t i v e   c a s e s   [5] A l t o ge t h e r ,   a   h u ge   a m o u n t   o f   m o n e y   i s   be i n w a s t e pe r   y e a r   a l t h o ugh  t h e   r e c e n t   CA D   s y s t e m s   a r e   m o r e   s e n s i t i v e   t ow a r ds   b r e a s t   c a n c e r   di a g n o s i s .   T h e r e f o r e ,   f ur t he r   r e s e a r c h   i s   r e qu i r e t o   pr o po s e   a n   i m p r o v e d   CA D   s y s t e m   fo r   m a m m o g r a m   s c r e e n i ng.   T h e   ob j e c t i ve   of  t hi s   s t udy   i s   t o   r e v i e w   t h e   pa s t   r e s e a r c h e s   o n   pr o po s e CA D   s y s t e m   f o r   m a m m o gra m   s c r e e n i ng  t o   f i n d   t h e   a r e a   o f   i m pr o v e m e n t s   fo r   f ut ur e   r e s e a r c h.   T h i s   p a pe r   i s   di v i de i n   f e w   s e c t i o n s   t o   pr o v i de   a n   i nt r o duc t i o n   o n   t h e   t e rm i n o l o gi e s   of   b r e a s t   c a n c e r   a n d   t h e n   a n   e xt e n s i v e   r e v i e w   w a s   d o n e   o n   di ff e r e n t   t y pe s   o b r e a s t   i m a gi ng  s y s t e m s   a n s t a ge s   of  CA D   s y s t e m   fo l l ow e by   a   di s c us s i o n.   I t h e   l a s t   s e c t i o n,   t hi s   p a pe i s   c o nc l ude d.       I m agi n g M e t h od s  f or  B r e as t C o m p u t e d   T o m o g r a p h y   ( CT ) M ag n e t i c   R e s onan c e   I m ag i n ( M R I ) M i c r o w a v e   I m a g i n g U l t r as ou n d   I m a g i n g M am m ogr ap h y P os i t r on - E m i s s i on  T om og r aph ( P E T )     F i gu r e   1 .   D i f f e r e n t   i m a gi ng  m e t h o ds   f o r   b r e a s t       C l a s s i f i c a t i o o f   M a m m og r a m   i n t N or m a l B e ni gn  a nd   C a nc e r ous R e a d i ng   of   m a m m ogr a m   a n a n a l y s i s   by   C A D   s y s t e m M a m m og r a m   i m a ge s     F i gu r e   2 .   W o r k i n g   p r o c e dur e   o f   a   CA D   s y s t e m       2.   C O N S TR U C TI O N   ELE M EN TS   O F   B R EA S T   A N D   D I F F ER EN TU M O R S   L ob ul e s ,   duc t s   a n c o nn e c t i n t i s s ue s   a r e   t h e   m a i n   c o n s t ruc t i n e l e m e n t s   o f   t h e   b r e a s t .   M i l i s   pr o duc e i n   l o b ul e s ,   w h i c h   a r e   ge n e ra l l y   kn o w n   a s   m i l gl a n ds ,   a nd  i t   i s   c a rri e up  t o   t h e   ni ppl e   t hr o ug duc t s   w h i c a r e   a c t ua l l y   t i n y   t ube s .   D i ff e r e n t   f i b r o us   a nd  f a t t y   t i s s ue s   a r e   r e s po n s i b l e   f o r   t h e   s i z e   a nd  s h a pe   of   t h e   b r e a s t   a n ke e o t h e r   t i s s ue s   i n   pl a c e .   In   m o s t   c a s e s ,   c a n c e r   i n i t i a t e s   e i t h e r   i n   duc t a l   o r   l o b ul a r   t i s s ue s   of   w o m e n ’s   b r e a s t   due   t o   t h e   u n c o n t r o l l a b l e   gr o w t h   o f   b r e a s t   c e l l s ,   w h i c h   ul t i m a t e l y   g e n e ra t e s   t um o r s   o r   l um ps   [6] .   T w o   t y p e s   of   b r e a s t   t i s s ue s   c a n   b e   i de n t i f i e duri n di a g n o s i s   na m e l y   n o r m a l ,   a nd  a b n o r m a l .   B e n i g n   a n m a l i g n a nt   a r e   t w t y pe s   of   t um o r s   a m o n a b no r m a l   t i s s ue s .   W hi l e   t h e   n o rm a l   t i s s ue s   do   n o t   po s s e s s   a n y   t um o r ,   t h e   p r e s e n c e   o f   m a l i g na nt   c e l l s   di f f e r e n t i a t e s   b e n i g n   f r o m   c a n c e r o us   t u m o r s   [7] .   L um a t   a n y   po i n t   o t h e   b r e a s t   i s   t h e   m a i n   i n di c a t i o n   of   b r e a s t   c a n c e r.   O t h e r   s y m pt o m s   s u c h   a s   s w e l l i n a t   a n y   pa r t   o t h e   b r e a s t ,   di s c ha r ge   f r o m   t h e   ni pp l e ,   r e d n e s s   of   n i ppl e   a n pa i n   i n   t h e   b r e a s t   o r   ni pp l e   m a y   a l s o   be   a c c o un t e fo r   b r e a s t   c a n c e r .   T h e   r i s f a c t o r s   a s s o c i a t e w i t h   b r e a s t   c a n c e r   a r e   b r e a s t   de n s i t y ,   a ge ,   pe r s o na l   hi s t o r y ,   f a m i l y   h i s t o r y ,   f i r s t   m e n s t r ua l   c y c l e ,   pr e g n a n c y   h i s t o r y ,   b e i n o ve r w e i gh t ,   a nd  t h e   ha b i t   o f   a l c o h o l   c o n s um pt i o n .   I n   a d di t i o n,   t h e   us e   of   c o m b i n e h o r m o n e   t h e r a py ,   o r a l   c o n t r a c e pt i v e s   a n pr e v i o us   c h e s t   ra di a t i o n   e xpo s ur e   w o ul a l s o   i n c r e a s e   t h e   c h a n c e   o h a v i n b r e a s t   c a n c e r .   H ow e ve r ,   t h e   m e c h a ni s m   o f   t h e s e   f a c t o r s   i n   t h e   de v e l o pm e n t   o f   b r e a s t   c a n c e r   r e m a i n s   u nk n o w [6] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     23 36   -   2 348   2338   Ca l c i f i c a t i o n s   a n m a s s e s   a r e   i de nt i f i e a s   t w o   t y pe s   of  b r e a s t   t um o r s   [3]   a s   c a n   b e   s e e n   i n   F i gu r e s   3   ( a )   a nd  ( b ) .   A   m a s s   i s   a   s pa c e - o c c up y i n l e s i o n   w i t h   f e a t ur e s   s uc h   a s   l o c a t i o n,   de n s i t y ,   a n m a r gi n.   B e n i g n   m a s s e s   a r e   ge n e r a l l y   r o un s ha pe w i t h   s m o o t h e a nd  w e l l - de f i n e m a r gi n s   ha v i n l o w - de n s i t y .   T h e   h i g h - de n s i t y   m a s s e s   o f   s t e l l a t e   o r   s pe c ul a t e d   s ha pe   w i t h   i m p r o pe r   m a r gi n s   i s   us ua l l y   fo un a s   m a l i g na n t .   A r c h i t e c t ura l   di s t o r t i o a nd  b i l a t e r a l   a s y m m e t r y   a r e   o t h e r   a s pe c t s   of   c a n c e r o us   m a s s e s .           (a )   (b )     F i gu r e   3 .   ( a )   S pi c ul a t e d   m a s s ,   (b M i c r o c a l c i f i c a t i o n s   a s   r e f e rr e d   f r o m   M IA S   da t a s e t   [8]       M i n ut e   c a l c i u m   de po s i t i o n s   i n   t h e   b r e a s t   c a n   b e   s e e n   a s   t i n y   b r i g ht   s po t s   i n   m a m m o g r a m   a n d     t h e y   a r e   k n o w n   a s   Ca l c i f i c a t i o n s .   D e pe n d i n o n   s i z e ,   i t   i s   c l a s s i f i e a s   m a c r o   a n m i c r o c a l c i f i c a t i o n s .     T h e   m a i n   c o n c e rn   i s   w i t h   t h e   l a t t e r   o n e   a s   t h e   pr o b a b i l i t y   of   m a l i g na n c y   i s   h i g h .   A r o und  0. m m   i s   t h e   s i z e   o m i c r o c a l c i f i c a t i o n s   i ge n e ra l   a n i t s   po s s e s s i o n   of   m a s s   i s   n o t   n e c e s s a r y .   Be n i g c a l c i f i c a t i o n s   a r e   us u a l l y   i de nt i c a l ,   l a r ge   i n   s i z e   (di a m e t e r   a r o u n 1 m m ),   c o a r s e ,   r o un o r   o v a l - s ha pe d,   a n di s pe r s e o r     di f f us e d.   M i c r o s c o pi c ,   s t e l l a t e - s ha pe d,   c l us t e r e i n   b r a nc h e s ,   i nn u m e r a b l e   (m o r e   t ha n   i n   num b e r s )   m i c r o c a l c i f i c a t i o n s   o f   di f f e r e n t   s i z e   a n d   s h a pe   a r e   f o un t o   b e   a s   m a l i g na n t   [3] .       3.   M ED I C A I M A G ES   U S ED   F O R   B R EA S T   C A N C ER   A l l   M e di c a l   i m a ge s   c o n t a i n   i n f o rm a t i o n   o f   t h e   h u m a n   b o d y   a n t h e i r   c o m po s i t i o n   o r   c h a ra c t e ri s t i c s .   T h e y   a r e   f o r m e by   t h e   s i g n a l s   due   t o   t h e i r   di f f e r e n t   pe n e t r a t i o n   l e v e l   t hr o ug h   t h e   t i s s ue s   o r   b y     t h e   r e - e m i s s i o n   o f   e n e r gy   f r o m   t h e   t i s s ue s ,   w h e r e i n   t h e s e   s i g n a l s   m a y   n o t   be   of   t h e   s a m e   t y pe .     T h e   i n f o r m a t i o n   de pi c t e by   a n   i m a ge   v a r i e s   due   t o   t h e   c h a n g i n c o n t ra s t   b e t w e e n   di f f e r e n t   t y p e s   o f   t i s s ue s .   T h e   t a r ge t   l o c a t i o n   o f   t h e s e   i m a ge s   m a y   b e   i n s i de   t h e   b o d y,   e v e n   s e v e r a l   c e nt i m e t e r s   b e l ow   t h e   a c c e s s i b l e   s ur f a c e .   E l e c t r o m a g n e t i c   s i g n a l s   o f   f r e que n c y   r a n g i n b e t w e e n   f e w   h e r t z   t o   e xa h e r t z   h a v e   t h e   c a pa b i l i t i e s   of  pe n e t r a t i o n   a nd  a c c o r di n gl y ,   t h e y   a r e   us e i n   m e di c a l   i m a gi n g   s y s t e m s .   T w o   ke y   ob j e c t i ve s   a r e   m a i nl y   c o n s i de r e i t h e   p r e v i o us   s t udi e s   i n   de v e l o pi n t h e s e   i m a g i n m o da l i t i e s ;   t h e y   a r e   l o c a t i o n   s pe c i f i c i t y   a n l e s i o n   de t e c t i o n.   D i f f e r e n t   t e c hni que s   f o r   b r e a s t   i m a gi n g   a r e   di s c us s e b e l ow .   M a m m o gra m   i s   a   s pe c i a l   t y pe   of   X - r a y   fo r   b r e a s t   t i s s ue s .   L ow e r   do s e   X - r a y   of   f r e que n c i e s   r a ngi n g   f r o m   30  pe t a h e rt z   t o   30  e xa h e r t z   i s   ut i l i z e t o   ob t a i n   t w o   o r   t hr e e   di m e n s i o na l   ( 2D   o r   3D m a m m o g r a p h y   i m a ge s   [9] .   F i l m   a n di gi t a l   a r e   t w o   t y p e s   of   m a m m o gra m s .   F i l m   m a m m o gr a p h y   w a s   c o n s i de r e a s     a   po w e r f ul   t o o l   f o r   b r e a s t   c a n c e r   s c r e e ni n f r o m   a   l o n ge r   t i m e   [10 ] .   B ut   i t   ha s   d r a w b a c ks ,   s uc h   a s   l o w e r   s e n s i t i v i t y   t ow a r ds   t h e   de n s e   b r e a s t ,   l i m i t e c o n t ra s t   c h a ra c t e r i s t i c s ,   l o n g e r   p r o c e s s i n t i m e   a n d   g ra i e ff e c t .   T h e   c o n t r a s t   c a b e   m a n i pul a t e i n   d i gi t a l   m a m m o g r a p h y   a n t h us ,   p r e s e n c e   o f   t h e   l e s i o n   c a b e   v i s i b l e .   M o r e ov e r ,   t h e   p r o c e s s i n t i m e   i s   l e s s   a n b e t t e r   s e n s i t i v i t y   c a n   b e   ob t a i n e f o r   de n s e   b r e a s t s   i   di gi t a l   m a m m o gra p h y .   A n o t h e r   l i m i t a t i o n   o f   m a m m o g r a ph y   i s   t h a t   t h e   pa t i e n t s   a r e   e xpo s e t o   X - r a y     i o n i z i n g   ra di a t i o n.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       Im age   pr oc e s s i ng   and   m ac h i n e   l e ar n i ng   t e c hn i qu e s . . .   ( Sus am B a gc h i )   2339   S o un w a v e s   r a n g i n f r o m   2 - 2 M H z   [9]   a r e   us e i n   ul t ra s o un i m a g i n t o   p r o duc e   t h e   i m a ge s   of    a   s i n gl e   pl a n e .   T hi s   t e c hn i que   pr o v i de s   a   be t t e r   r e s ul t   f o r   l e s i o n   de t e c t i o n   i n   de n s e   b r e a s t   a n c a n   b e   us e i n   r e a l   t i m e .   O t o o f   t h a t ,   t i s s ue   e l a s t i c i t y   c a n   a l s o   b e   de t e r m i n e a s   w a s   e l a b o r a t e i n   [1 0]   f o r   c l a s s i f i c a t i o n   purpo s e s .   N e ve r t h e l e s s ,   i t   m o s t l y   d e pe n ds   o n   t h e   e xpe r t i s e   of  t h e   o pe r a t o r   s i n c e   r e a l - t i m e   t u n i n o f   ga i n,   pr e s s u r e ,   f oc a l   z o n e s ,   pa t i e n t   po s i t i o n i ng,   dy n a m i c   r a ng e   a r e   r e qu i r e a l o n w i t h   t h e   r e c o gn i t i o n   of  pe c ul i a r i t y   of   t h e   l e s i o n .     M a g n e t i c   R e s o n a n c e   Im a gi n g   (M R I)  s y s t e m   i s   b ui l t   w i t R F   c o i l s   a l o n w i t a   b i s i z e   m a g n e t     (3 - T e s l a ).   A n   i n t ra v e n o us   i n j e c t i o n   o f   ga do l i ni um   i s   g i v e n   t o   t h e   p a t i e n t s   b e fo r e   c a pt u r i ng  3D   i m a ge s   t hr o ugh   M R I.   It   c a n   de t e c t   m i nut e   a b n o rm a l i t i e s   of   b r e a s t   t i s s ue s   a n a l s o   t h e   duc t a l   c a r c i n o m a   i n   s i t i n     t h e   de n s e   b r e a s t   a l o n g   w i t h   i t s   s p r e a d   t o   t h e   c h e s t   w a l l   [ 10] ,   t h i s   i s   l a r ge l y   be c a us e   i t   ha s   b e t t e r   t e m po ra l   a nd  s pa t i a l   r e s o l ut i o n   [9] .   N o n e t h e l e s s ,   M R c a nn o t   b e   us e f o r   t h o s e   w i t h   a   m e di c a l   h i s t o r y   of   ki dn e y   di s e a s e   a s   t h e   i n j e c t i o n   c a n   c a us e   n e p hr o ge n i c   s y s t e m i c   f i b r o s i s   [9] .   M o r e ov e r ,   t h e   pa t i e n t s   w i t h   a   pa c e m a ke r   a n a n y   m e t a l   i m p l a nt   a r e   a l s o   n o t   s ui t a b l e   f o r   M R due   t o   i t s   m a g n e t i c   e ffe c t .   A ddi t i o n a l l y ,   i t   i s   t i m e - c o n s um i ng  a n d   ge n e ra t e s   b l u r   i m a ge s   [9] .   T h e r e fo r e ,   i n c o rr e c t   r e a di ng  o f   M R i m a ge   m a y   r e qui r e   a   p a t i e nt   t o   go   t hr o ug h     t h e   s a m e   p r o c e s s   f o r   s e ve r a l   t i m e s .   Co m put e T o m o gra p h y   (CT us e s   h i g do s e   x - r a y   r a d i a t i o n   t o   ge n e ra t e   t h e   de t a i l e s c a n s   o r   i m a ge s   of   i n s i de   b o d y .   In   m o s t   o f   t h e   c a s e s ,   CT   m a c hi n e s   ge n e r a t e   c o n t i nuo us   pi c t u r e s   i a   h e l i c a l   (o r   s pi ra l f a s h i o n   ra t h e r   t ha n   p r o duc i n a   s e r i e s   o f   pi c t ur e s   of   i n di v i du a l   s l i c e s   of   t h e   b o d y .   H e l i c a l   CT   h a s   s e v e r a l   a dv a n t a ge s   s uc h   a s   i t   i s   f a s t ,   i t   p r o duc e s   be t t e r   3 - D   i m a ge s   a nd  i t   ha s   b e t t e r   s e n s i t i v i t y   i n   t h e   de t e c t i o n   o f   s m a l l   a b n o rm a l i t i e s   [11] .   T h e   n e w e s t   CT   s c a nn e r s ,   c a l l e m ul t i s l i c e   CT   o r   m ul t i de t e c t o r   C T   s c a nn e r s ,   a l l o w   m o r e   s l i c e s   t b e   i m a ge i n   a   s h o r t e r   pe ri o of  t i m e .   S o m e t i m e s ,   c o n t r a s t   a ge n t   l i ke   i o di n e   a n b a ri um   a r e   i n j e c t e d   i n t o   t h e   b l oo o r   gi v e n   by   m o ut h   o r   e n e m a   a s   a   w a y   t o   do   t h e   CT   s c a n.   H ow e ve r ,   i t s   h i g h   e xpo s ur e   t o   r e l a t i v e l y   l a r ge   a m o unt s   o f   i o n i z i ng  r a d i a t i o n   t ha n   s t a n d a r x - r a y   pr o c e d ur e   m a ke s   i t   l e a s t   f a v o r a b l e   a s   a   r e gul a s c r e e ni n g   m e t h o d.     In   P o s i t r o n   E m i s s i o n   T o m o g r a p h y   (P E T i m a gi ng  s y s t e m ,   a   ra d i o a c t i v e   s u b s t a n c e   i s   i n j e c t e i n t o   t h e   b l oo t o   i de n t i fy   t h e   m o s t   a c t i v e   b o d y   c e l l s ,   e s pe c i a l l y   t h e   c a n c e r o us   t i s s ue s .   P E T   s c a n   c a n   b e   a dde w i t c o m put e t o m o gr a p h y   (CT s o   t ha t   b o t a na t o m i c a l   a n f un c t i o na l   v i e w s   of   t h e   s us pe c t e c e l l s   c a n   b e   ob s e r ve d.   P E T   i s   n o t   r e s t ri c t e t o   b r e a s t   de n s i t y   a n i s   us e f ul   i n   i de n t i fy i n a x i l l a r y   n o de s   a n di s t a n t   m e t a s t a t e s   [1 0] .   H ow e ve r ,   i t   h a s   po o r   s e n s i t i v i t y   i de t e c t i n s m a l l   t u m o r s   b e c a us e   of   t h e i s m a l l   s i z e .   T h e   w a v e l e n gt h s   ra n gi ng  f r o m   a   m i l l i m e t e r   t o   a   m e t e r   c a n   pe n e t r a t e   m a n y   o pt i c a l l y   o pa que   m e di um s   l i ke   l i v i n g   t i s s ue s   b a s e o n   t h e   p r e s e n c e   o f   i oni z e m o l e c ul e s   due   t o   a   v a r i e t y   of   di s s o l ve d   s ub s t a n c e s ,   s uc h   a s   s uga r,   a n t h e   pe rm i t t i v i t y   of   a n y   t i s s ue   i s   s t r o n gl y   de pe n de n t   o n   i t s   w a t e r   c o n t e n t   [1 2] T h i s   t h e o r y   i s   ut i l i z e i n   m i c r o w a ve   i m a g i n e i t h e by   us i ng  a   c o nt r a s t   a ge nt   o by   ut i l i z i n g   r a da [13]   a n d   t h i s   t e c hni que   i s   qu i t e   n e w   t o   b i o m e di c a l   e n gi n e e ri n g .   M i c r o w a ve   s i gn a l s   s c a t t e r   s i g ni f i c a n t l y   f r o m   m a l i g na n t   b r e a s t   t i s s ue s   due   t o   t h e i w a t e c o n t e n t   a n d   t h e s e   s c a t t e r e s i g n a l s   a r e   c a pt u r e d   i m i c r o w a ve   i m a gi n s y s t e m   [14] .   T i m e   r e qui r e m e nt   i s   c o n s i de r a b l y   l e s s   i n   m i c r o w a v e   i m a gi n g ,   b ut   t h e   h e a vy   c o m put a t i o n a l   l o a i s   t h e   m a i d ra w b a c of   t h i s   s y s t e m   [13]   U l t r a s o u n i m a gi ng  a n d   M R a r e   us e a l o n g   w i t h   m a m m o g r a p h y   t o   i n c r e a s e   t h e   s c r e e ni n g   s pe c i f i c i t y   [9] .   O t h e r   t ha n   t h e   m a m m o gra p h y ,   ul t ra s o un d ,   a n d   m i c r o w a v e   i m a gi n g ,   t h e   r e s t   o f   t h e   i m a g i n g   s y s t e m s   di s c us s e a b ove   a r e   c o s t l y   fo r   r e gul a r   s c r e e ni n g .   It   i s   a l s o   ob s e r v e t h a t   t h e   us e   of   m i c r o w a ve   i m a gi n a s   a   r e gul a r   s c r e e ni n t o o l   i s   s t i l l   s ub j e c t e d   t f ur t h e r   s t udy   a n a l s o   un de r   t ri a l .   W h e r e a s ,     t h e   a c c ur a c y   of   ul t ra s o un i m a gi n i s   f ul l y   de pe n de n t   o n   t he   e xpe r t i s e   of   t h e   o pe r a t o r.   M o r e o ve r ,   de s pi t e   a l l   i t s   l i m i t a t i o n s ,   t o   da t e   m a m m o gra p h y   i s   t h e   w i de l y   a c c e pt e i m a gi ng  m e t h o d.   R a di a t i o n   i s s ue   c a n   b e   c o n t r o l l e by   i n c r e a s i n t h e   ga b e t w e e n   t w c o n s e c ut i v e   s c r e e n i ngs .   T h e r e f o r e ,   t h e   fo l l ow i n s ub s e c t i o n s   a r e   de vo t e o n l y   t o   di gi t a l   m a m m o gra m   m a i n l y   due   t i t s   e a s y   a v a i l a b i l i t y ,   e a s e   of   i m a ge   m a n i p ul a t i o n ,   a n d   f a s t   s c r e e n i ng  t i m e .       4.   S TA G ES   O F   C A D   S Y S TE M S   E a c h   s t a ge   o f   a   CA D   s y s t e m   h a s   s o m e   o b j e c t i ve   t o   f i n a l l y   a c h i e v e   t h e   o b t a i n e r e s ul t   a n t h o s e   c a b e   ob t a i n e by   a ppl y i n di f f e r e n t   t e c hni que s ,   s uc h   a s   c r o ppi n g ,   n o i s e   r e m o v a l ,   a n e nh a n c e m e n t   a r e   do n e   duri n t h e   p re - p r o c e s s i n s t a ge .   L i ke w i s e ,   i m a ge   s e gm e nt a t i o n   i s   s i g ni f i c a n t   i n   s e g r e ga t i n t h e   i m a ge   b a c kgr o un a l o n w i t h   i de n t i f i c a t i o n   a nd  pa rt i t i o ni n o t he   a r e a   o i n t e r e s t   (A O I)  b e c a us e   di f fe r e n t   b r e a s t   t i s s ue s   h a v e   di ff e r e n t   r e s o l ut i o n s .   D i f f e r e n t   s t a ge s   a n v a ri o us   m e t h o ds   t o   pe r fo r m   t h e   a c t i v i t y   of   t h a t   s t a ge   a r e   s h o w n   i F i gu r e   4.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     23 36   -   2 348   2340   C A D   S y s te m P r e p r o c e s s i n g S e g m e n t a t i o n F e a t u r e   E x t r a c t i o n F e a t u r e   S e l e c t i o n C l a s s i f i c a t i o n De - n oi s i n g C r op p i n g I m age   E n h an c e m e n t T h r e s h ol d i n g B ou n d ar y - b as e d R e gi on - b as e d T e m p l at e   M at c h i n g C ol or S h ap e T e xt u r e R e gi on - b as e d C on t ou r - b as e d S t at i s t i c al G e om e t r i c   S t r u c t u r al D i f f e r e n t   A l gor i t h m s M ac h i n e  L e ar n i n g and   A r t i f i c i al  I n t e l l i ge n c e S u p e r vi s e d U n s u p e r vi s e d M od e l - b as e d T r an s f or m - b as e d     F i gu r e   4 .   S t a ge s   o f   a   CA D   s y s t e m   a n d   di f f e r e n t   m e t h o ds   o f   e a c s t a ge       4 . 1 .     P r e - p r o c e s s i n g   N o i s e ,   un e v e n   i l l u m i na t i o n   a n d   l o w   c o n t r a s t   a r e   t h e   m a i n   d ra w b a c ks   of   t h e   m a m m o g r a m   a n t h us ,   A O i de nt i f i c a t i o n   a n f e a t u r e   e xt r a c t i o n   a r e   t o ug h   i n   t h i s   c a s e .   T o   n e ga t e   t h e   e ffe c t s   of   t h e s e   de f e c t s ,   c r o ppi n g,   de - n o i s i n g,   a n e nha n c e m e nt   o f   i m a ge s   a r e   pe r f o r m e a t   t h e   p r e - p r o c e s s i n s t a ge   b e fo r e   pe r f o r m i ng  s e gm e n t a t i o n   a n f e a t u r e   e xt ra c t i o n.   T h e   u n w a n t e l a b e l s ,   a rt i f a c t s   a nd  t h e   i m a ge   po rt i o w i t h o ut   i n f o r m a t i o n   c a b e   r e m o v e by   c r o ppi n g .   D u r i ng  t h e   a c qui s i t i o n   o f   a   di gi t a l   i m a ge ,   n o i s e s   w h i c h   i n c l u de   r e a do ut   a nd  s h o t   n o i s e   m a y   b e   pr e s e n t .   S e v e r a l   t y pe s   of   n o i s e s   a n a l l   po s s i b l e   d e - n o i s i n m e t h o ds   w e r e   di s c us s e i n   e a rl i e r   w o r [15] .   D e - n o i s i n o f   a n   i m a ge   no t   o n l y   r e m o ve s   t h e   n o i s e   b ut   a l s o   s m o o t h e n     t h e   s i gna l s .   B a s e o n   t h e   hi s t o gra m   of   a n   i m a ge ,   t h e   e nh a n c e m e n t   p r o c e dur e   i m p r o ve s   t h e   c o n t r a s t   l e v e l   o a n   i m a ge   a n h e n c e ,   t h e   f e a t u r e s   a r e   m o r e   i de n t i f i a b l e .       D e t e c t i o n   of   m a s s e s   i s   f a r   c o m p l i c a t e t h a n   t h a t   f o r   m i c r o c a l c i f i c a t i o n s   a s   t h e   t r a i t s   o f   m a s s e s   a r e   ha r t o   pe r c e i v e   a n s o m e t i m e s   t h e y   a ppe a r   l i ke   n o rm a l   b r e a s t   t i s s ue s   [16] .   S i n c e   t h e   m i c r o c a l c i f i c a t i o n s   ha v e   h i g h e r   c o nt r a s t   t ha n   t h e   r e s t   o f   t h e   r e gi o n ,   a n t h e y   a r e   c o rr e s po n de t o   hi g h - f r e que n c y   c o m po n e n t s ,   t h e y   m a y   be   e a s i l y   de t e c t e t hr o ugh   i m a ge   e nha n c e m e nt   a n de - n o i s i n a s   i t   w a s   do n e   i n   [17]   b y   us i n d y a di c   w a v e l e t   pr o c e s s i n g .   M e a n w h i l e ,   m a s s e s   h a v e   l ow   c o n t r a s t ,   v a r y i n de n s i t i e s ,   s pi c ul a t e d   s t r uc t u r e s ,   a n h a v e   l ow - f r e que n c y   c o m po n e n t s .   T h e   i m pl e m e n t a t i o n   of   C o n t r a s t   L i m i t e A da pt i v e   H i s t o gr a m   e qua l i z a t i o (CL A H E a l o n g   w i t M e di a n   f i l t e ri n p r o v i d e t h e   s e n s i t i v i t y   a n s p i c i f i c i t y   o f   96. 2%  a n 94. 4 % ,   r e s pe c t i v e l y ,   fo r   t h e   de t e c t i o o f   m a s s e s   [18] .     4. 2 .     S e gm e n tati o n   T h e   r e m o v a l   of   i m a ge   b a c kgr o un a n t h e   s e l e c t i o n   o A O I   a r e   t h e   v i t a l   t a s ks   i n   i m a ge   pr o c e s s i n g,   a s   i s   r e qui r e i t h e   s e gm e nt a t i o n   s t a ge .   T h e   c o m m o n   p r o c e dur e s   us e i n   i m a ge   s e gm e nt a t i o n   i n c l u de   t hr e s h o l di ng,   b o un da r y - b a s e s e gm e n t a t i o n ,   r e g i o n - b a s e s e gm e nt a t i o n ,   a n d   t e m p l a t e   m a t c h i n g   a s   i l l us t r a t e i n   F i gu r e   5 .     4. 2 . 1.   Th r e s h o l d i n g   T h i s   i s   a   v e r y   c o m m o n   m e t h o t o   pa r t i t i o n   a n   i m a ge   w h e r e   t h e   i m a ge   b a c kgr o und  t h a t   do e s   n o t   c a rr y   a n y   e s s e n t i a l   i n f o r m a t i o n,   i s   r e m o v e d.   B a s e o n   t he   gr a y   l e ve l   h i s t o g r a m ,   t h e   t hr e s h o l v a l ue   i s   s e l e c t e a n t h e   d i f fe r e n c e   b e t w e e n   t h e   us e f ul   a n b a c kgr o un d   i m a ge   pi xe l   i n t e n s i t i e s   s e gm e nt s     t h e   i m a ge   [19] .   It   i s   a   f a s t   a n s i m p l e   m e t h o t o   i m pl e m e nt   b ut   do e s   n o t   gua r a nt e e   obj e c t   c o h e r e n c y   fo r   w h i c h   po s t - p r o c e s s i n m a y   b e   r e qui r e by   s o m e   o t h e r   o pe r a t o r s .   W h e n   o n l y   o n e   t hr e s h o l d,   T ,   i s   s e t   o n   t h e   b a s i s   of   t h e   e n t i r e   i m a ge   x ( i j t h e n,   i t   i s   c a l l e gl o b a l .   I f   a n   i m a ge   i s   s e gm e n t e i n   s ub - r e gi o n s   a n T   i s   s e l e c t e fo r   e a c s ub - r e gi o de pe n d i n o n   b o t h   a nd  s o m e   l o c a l   i m a ge   p r o pe r t y   L ( i j ) ,   t h e n   i t   i s   k n o w n   a s   a   l o c a l   t hr e s h o l d .   T hr e s h o l di n i s   c l a s s i f i e a s   b i - l e v e l   a n d   m ul t i l e v e l   t hr e s h o l di n g ;   i t   c a n   b e   e xpr e s s e a s   T   =   [ T 1 T 2 ,   T N s o   t ha t   a l l   p i xe l s ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       Im age   pr oc e s s i ng   and   m ac h i n e   l e ar n i ng   t e c hn i qu e s . . .   ( Sus am B a gc h i )   2341   k k 1 x ( i , j ) [ T , T ]   (1)     w h e r e   k   =   0 ,   1 ,   N T h e r e f o r e ,   ( N   +   1)  s ub - r e gi o n s   w i l l   b e   ge n e ra t e d.   A n   i m a ge   i s   d i v i de i n t o   t w o   pa rt s ,   na m e l y   t h e   us e f ul   r e gi o n ,   w h i c h   i s   de n o t e by   w h i t e ,   a n t h e   b a c kgr o u n i s   r e f l e c t e d   by   b l a c i n   b i - l e v e l   t hr e s h o l di ng.   M ul t i l e v e l   t hr e s h o l di ng  i s   r e qui r e f o r   i m a ge s   w i t di f f e r e n t   s u r f a c e   c h a ra c t e ri s t i c s   [20]   T h e   m a x i m u m   e nt r o p y   m e t h o d,   t h e   m i ni m u m   e rr o r   m e t ho d,   a n O t s u ’s   m e t h o a r e   a m o n t h e   c l a s s i c   t hr e s h o l di ng  t e c hn i q ue s   [21] .   O t s u’s   t hr e s h o l di n g   i s   s e n s i t i v e   t o w a r ds   s a l t   a n d   pe ppe n o i s e   a n h e n c e ,   b e fo r e   it s   a ppl i c a t i o n ,   de - n o i s i n i s   r e qui r e t o   s m o o t h   t h e   i m a ge .   R e s e a r c h e r s   i [22]   us e t hr e s h o l di n g   t o   s e gm e nt   a   m a m m o g r a m   a t   m u l t i pl e   l e v e l s   a n a   s e t   o f   fe a t u r e s   w a s   c o m put e f r o m   e a c o f   t h e   s e gm e n t e r e gi o n s .   T h e i r   s t udy   a c h i e v e d   80 s e n s i t i v i t y   w i t h   a n   a v e r a g e   ra t e   of   0. 32  f a l s e - po s i t i v e s   pe r   i m a ge .   A n o t h e r     s t udy   [23]   pr o po s e a   pr o b a b i l i s t i c   a d a p t i v e   t hr e s h o l di ng  t e c hn i q ue   b a s e o n   t e xt u r e   i n f o r m a t i o n   a n i t s   pr o b a b i l i t y   t o   ob t a i n   t h e   m o s t   f e a s i b l e   t h r e s h o l v a l ue s   f o r   s p e c i f i c   pa r t s   o f   t h e   m a m m o gra m .   I n   t h i s   a da p t i v e   t hr e s h o l di ng  m e t h o d,   t h e   t hr e s h o l v a l ue s   w e r e   n e i t h e r   c a l c ul a t e us i ng  hi s t o gra m   n o by   t h e   s h a pe   of    t h e   r e gi o n.   T hi s   w a s   d o n e   t o   e r a di c a t e   t h e   i s s ue s   r e l a t e t o   n o n - u n i f o r m   i nt e n s i t i e s   i n   t h e   b a c k g r o u n r e gi o of   a   m a m m o g r a m   f o r   w h i c h   gl o b a l   t hr e s h o l d - b a s e m e t h o ds   m a y   f a i l .   I n   [24] ,   t hr e e   c l a s s e s   t hr e s h o l m e t h o a l o n w i t h   e dge   de t e c t i o n   a l go r i t hm   w a s   i m pl e m e nt e fo r   s e gm e n t a t i o n.   H y b r i i m a ge   s e gm e n t a t i o n   a l o ng  w i t O t s u’s   t hr e s h o l di n g   w a s   us e i [25]   f o r   a c c ur a t e   de t e c t i o n   o f   a   b r e a s t   t u m o r,   a n d   i t s   s i z e .     T hr e s h o l d i n i s   s i m pl e   t o   i m pl e m e n t   e v e n   i n   r e a l - t i m e   a ppl i c a t i o n s .   I t   i s   f a s t   a nd  c o m put a t i o n a l l y   i n e xpe n s i v e .   M o r e ov e r ,   n o   pri o r   i n f o r m a t i o n   a b o ut   t h e   i m a ge   i s   r e qui r e d.   N o n e t h e l e s s ,   i t s   pe r f o r m a n c e   i s   po o r   fo r   n o i s y   i m a ge   a n a l s o   f o r   i m a ge s   ha v i n n o   pe a o r   b r o a d,   o r   f l a t   v a l l e y s .   T h e   m a i n   d ra w b a c o t hr e s h o l di ng  i s   t ha t   i t   i g n o r e s   s p a t i a l   da t a   o f   a i m a ge   a n d   t hus ,   i t   f a i l s   t o   i n f o r m   a b o ut   t h e   c o n t i guo us n e s s   o t h e   s e gm e n t e a r e a s .   F u r t h e r m o r e ,   o n l y   c o r r e c t   t hr e s h o l s e l e c t i o n   c a n   a v o i t h e   u n de r   o r   o v e r   s e gm e n t a t i o n .   T hr e s h o l d i n a l o n w i t o t h e m e t h o c a n   p r o v i de   a   b e t t e o ut put   a s   c a b e   fo un f r o m   t h e   w o r ks   i n   [22 25 ] .       S e gm e n t at i on T h r e s h ol d i n g R e gi on - b as e d B ou n d ar y - b as e d T e m p l at e   M at c h i n g O t h e r s G r a y   Le v e l   Th r e s h o l d i n g O ts u   s   M e th o d M a x i m u m   E n tr o p y   M e th o d M i n i m u m   Er r o r   M e th o d R o b e r t P r e w i tt S o b e l C a n n y R e g i o n   G r o w i n g R e g i o n   S p l i tti n g   a n d   M e r g i n g M a c h i n e   Le a r n i n g     F i gu r e   5 .   D i f f e r e n t   t e c hn i q ue s   o f   s e gm e n t a t i o n       4. 2 . 2.   B o u n d ar y - b as e d   s e gm e n tati o n   In  t hi s   m e t h o d,   b o un da r y   o r   c o n t o u r   o e dge   o f   A O i s   o ut l i n e t o   i de n t i f y   di s c o n t i nui t i e s   o r   a b r u pt   c h a nge s   i n   a   g ra y   l e ve l   i m a ge .   T h e r e   i s   n o   go l de r u l e   t o   de t e r m i n e   t h e   e dge .   It   s o l e l y   de pe n ds   o n   t h e   c h o i c e   of   t h e   a pp l i c a t i o n.   H i g h   pa s s   f i l t e a n d   g ra d i e n t   f i l t e r s   s uc h   a s   R o be r t s ,   P r e w i t t ,   S o b e l ,   a n d   Ca nn y   a r e     t h e   b a s i c   t e c h ni que s   o f   e dge   de t e c t i o n .   N e v e r t h e l e s s ,   e dge   de t e c t i o n   b a s e o n   t h e   f i r s t   o r de r   de r i v a t i v e s   i s   n o t   r o b us t .   T h e y   a r e   hi g h l y   s e n s i t i v e   t o   n o i s e   a n a   t hr e s h o l i s   r e qu i r e d.   M e a n w h i l e ,   de t e c t i o b a s e o n     t h e   s e c o n o r de r   de ri v a t i v e s   i s   a b l e   t o   l o c a t e   t h e   e dge   a t   z e r o - c r o s s i n g ;   i t   i s   a l s o   m o r e   r o b us t ,   l e s s   s e n s i t i v e   t n o i s e   a n do e s   n o t   r e qui r e   t h e   us e   of   t hr e s h o l i n   po s t - pr o c e s s i n g .   T h e   o pe r a t o r ’s   s i z e   a n c o m pu t a t i o n a l   c o m pl e xi t y   a r e   pr o po r t i o na l   t o   e a c h   o t h e r   i n   t h i s   m e t h o d   a n i t   a l s o   i g n o r e s   t h e   s pa t i a l   i n f o r m a t i o n   of    a n   i m a ge .   A a l go ri t hm   w a s   p r o po s e i n   [26]   t o   e nha n c e   t h e   m a m m o g r a m   b e fo r e   pa s s e i t   o nt o   R a di a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     23 36   -   2 348   2342   S pe c ul a t i o n   F i l t e r   f o r   de t e c t i o n   o f   t h e   s pi c ul a t e d   l e s i o n .   B u t t e r w o r t h   hi g h - pa s s   f i l t e r   a l o n w i t h   S o b e l   e dg e   de t e c t i o n   o pe r a t o r   w a s   us e i n   [2 7]   a n t h e   e xpe r i m e nt a l   re s ul t   w a s   c o n s i de ra b l y   e ffe c t i v e .   In   [28]   S o be l   e dge   de t e c t i o n   w a s   i m pl e m e nt e fo r   i n i t i a l   c o n t o ur   e s t i m a t i o n.   N o n - l i n e a r   P o l y n o m i a l   F i l t e r i ng  w a s   e m pl oy e i n   [29]   t o   e nh a n c e   t h e   e dge s   a n s ha r pe n   t h e   l e s i o n s   i n   m a m m o gra m s   s o   t ha t   t h e   de p e n de n c i e s   o n   pr e - s e l e c t e t hr e s h o l ds   m a y   be   m i n i m i z e d.     4. 2 . 3.   R e g i o n - b as e d   s e gm e n tat i o n   D i f fe r e n t   r e gi o n s   o f   s i m i l a r   f e a t ur e s   l i ke   gra y   l e ve l ,   c o l o r ,   t e xt ur e ,   a r e   i de n t i f i e i n   a n   i m a ge   b y   r e gi o n   b a s e s e gm e n t a t i o n .   T hi s   i s   kn o w n   a s   Re gi o n   G r o w i ng  o r   S pl i t t i n m e c ha n i s m .   I n   t hi s   pr o c e s s ,   A O i s   s e l e c t e t hr o ug h   a   p r e de f i n e c o n d i t i o n   b a s e o n   t h e   p r e v i o us l y   ob t a i n e r e s ul t   b y   t h e   i nt e n s i t y   o r   e dge   de t a i l s   o f   t h e   i m a ge   s o   t h a t   t um o r   r e gi o n s   c a n   b e   i de n t i f i e d.   H ow e ve r ,   t h i s   m e t h o n e e ds   a ddi t i o n a l   o pe r a t i o n s   s uc h   a s   u ni f o r m   b l o c ki n g,   m e rge   a n s pl i t   e t c .   [3 0]   t h a t   s ha l l   b e   pe r fo r m e b e fo r e   t h e   a ppl i c a t i o n   of   t h i s   m e t h o d.   I n   a dd i t i o n ,   i t s   r e qu i r e m e n t   f o r   t h e   m a n ua l   de pi c t i o n   o f   a n   i n i t i a l   po i n t   m a ke s   i t   di s a dv a n t a ge o us   [19] .   A   s t ud y   i n   [31]   us e t hi s   m e t h o fo r   s e gm e n t i n o ut   t h e   pe c t o r a l   t i s s ue s   f r o m   t h e   m a m m o g r a m   a n i t   w a s   f ur t h e r   us e f o r   c l a s s i f i c a t i o n.   M e a n   B a s e R e gi o n   G r o w i n S e gm e n t a t i o n   (M R G S w a s   i m pl e m e n t e i n   [32] .   R e s e a r c h e r s   a pp l i e d   a n   a u t o m a t e r e gi o n   g r o w i n s e gm e n t a t i o n   t e c hn i q ue   i n   [ 33]   w h e r e   t h e   t hr e s h o l d   w a s   ob t a i n e f r o m   a   t ra i n e A rt i f i c i a l   N e ura l   N e t w o r (A N N ).   I b o t h   [34,   35]   w o r ks ,   a ut o m a t i c   s e e s e l e c t i o n   w a s   do n e   b e fo r e   t h e   us e   o f   r e gi o g r o w i n m e t h o d.     R e gi o n - b a s e s e gm e n t a t i o n   i s   f l e xi b l e   i n   c h o o s i n b e t w e e n   i n t e ra c t i v e   a n a ut o m a t i c   m e t h o d.   A n   i de nt i f i a b l e   ob j e c t   bo un da r y   i s   ge n e r a t e due   t o   t h e   f l ow   f r o m   a n   i nn e r   po i n t   t o   t h e   o ut e r   r e g i o n .   T h e   o ut put   o f   t h i s   m e t h o i s   b e t t e r   t ha n   a n y   o t h e r   s e gm e nt a t i o n   p r o c e dur e   w h e n   a n   a p p r o pri a t e   s e e i s   s e l e c t e d.   Co n v e r s e l y ,   n o i s y   s e e s e l e c t i o n   m a y   l e a t o   f a ul t y   s e gm e n t e a r e a .   B y   n a t u r e ,   i t   i s   s e que nt i a l   a n d   do e s   n o t   h a v e   s i gni f i c a nt   e f fe c t   o n   m i nut e   r e gi o n s .   T h e   m a i n   l i m i t a t i o n s   o f   t h i s   m e t h o a r e   s t o ppi ng  c ri t e r i a ,   hi g h e r   c o m put a t i o n   t i m e   a n m e m o r y .     4. 2 . 4.   Te m p l ate   m atc h i n g   D e t e c t i o n   of   a n   o b j e c t ’s   pr e s e n c e   i n   a i m a ge   i s   a n   i m po r t a n t   t a s k .   T hi s   p r o b l e m   c a n   b e   r e s o l v e d   w i t h   a   p ri o ri   k n o w l e dge   of   t h e   de t e c t e obj e c t   o r   t e m pl a t e ,   w h i c h   m a y   be   u s e t o   i de n t i fy   i t s   l o c a t i o n   i n   a   gi v e n   s c e n e .   T h e r e fo r e ,   i f   t h e r e   i s   n o   p r i o r   k n o w l e dge   of   a n y   t um o r ,   i t   i s   d i f f i c ul t   t o   ut i l i z e   t hi s   t e c hn i que   a n t hi s   i s   t h e   m a i n   d ra w b a c o f   t h i s   t e c hn i que .   R e s e a r c h e r s   i n   [36]   us e S e c h   t e m p l a t e   t o   i de n t i fy   t h e   s us pi c i o us   a r e a s   a n o pt i m i z e   t h e m   w i t h   t hr e s h o l di n g .   T e m p l a t e - m a t c hi n t e c hn i q ue   w a s   a l s o   us e d   i n   [3 7]   a l o n w i t a   l o c a l   c o s t   f un c t i o a nd  dy n a m i c   p r o gra m m i n g   t o   o pt i m i z e   t h e   c o n t o ur .     4 . 3 .     F e atu r e   e x tr a c ti o n   an d   s e l e c t i o n   A n   i m a ge   f e a t ur e   m a y   i n c l ude   c o l o r ,   s ha pe ,   a nd  t e xt u r e .   T h e   c o n t o ur - b a s e a nd  r e g i o n - b a s e r e p r e s e n t a t i o n s   a r e   t w o   t y pe s   of   t e c h n i q ue s   t o   pr o v i de   s h a pe   f e a t ur e s .   T h e   f i r s t   m e t h o de pe n ds   o   t h e   bo un da r y   i n f o r m a t i o n   t o   pr o v i de   t h e   s h a pe   f e a t ur e ,   b ut   de s pi t e   t hi s   l i m i t a t i o n,   i t   i s   m o r e   po pul a r   a m o n g   r e s e a r c h e r s   t ha n   t h e   l a t t e r   m e t h o t ha t   p r o v i de s   t h e   s h a p e   fe a t ur e s   b a s e o n   t h e   c o m pl e t e   r e gi o n   [3 8] .   T h e   t e xt u r e   f e a t u r e s   a r e   ge o m e t r i c   o r   s t ruc t u r a l ,   s t a t i s t i c a l ,   m o de l - b a s e d,   a n t r a n s f o r m - b a s e a n t h e y   w e r e   w i de l y   us e i n   s e v e r a l   e a r l i e r   r e s e a r c h e s .   S t r uc t u ra l   f e a t ur e s   a r e   de pe n de n t   o n   a   s e t   o f   pr i m i t i v e s   o r   pa t t e rn s   s uc h   a s   b l o bs ,   a n e dge s   a nd  a l s o   o n   t h e i r   s pa t i a l   a rr a ng e m e n t   i n   h i e r a r c h y .   B ut   i n   m o s t   of   t h e   c a s e s ,   t h i s   m e t h o pr o v i de un a c c e pt a b l e   r e s ul t s   f o r   b i o l o gi c a l   i m a ge s   due   t o   t h e i r   h o m o ge n e o us   s pa t i a l   a rr a nge m e nt s   [3 9] .   S t a t i s t i c a l   f e a t u r e s   a r e   t h e   s pa t i a l   di s t ri b ut i o n   o f   i n t e n s i t y   v a l ue s   of   t h e   pi xe l s   a n d   t h e y   c a n   b e   of   f i r s t   o r de r   (e . g .   m e a n,   v a r i a n c e ,   s t a n d a r de v i a t i o n,   s ke w n e s s ,   ku r t o s i s ,   a n e n t r o py a n s e c o n o r de r .   W h e n   f i r s t   o r de r   p r o v i de s   i n f o r m a t i o n   a b o ut   pa r t i c ul a pi x e l   a n i t s   a s s o c i a t e i nt e n s i t y ,   t h e   s e c o n o r de s uc h   a s   G r a y   L e v e l   Co - o c c urr e n c e   M a t r i x   (G L CM r e v e a l s   t h e   r e l a t i o n   i t e rm s   o f   c o n t ra s t ,   c o rr e l a t i o n,   e n e r gy ,   a n h o m o ge n e i t y   be t w e e n   pa rt i c ul a r   p a i r   o f   pi xe l s   ha v i ng  s pe c i f i e di s t a n c e   a n a n g l e .   T h e   f i r s t   o r de r   s t a t i s t i c a l   f e a t u r e s   a r e   s i m p l e   a n d   o f   l ow   c o m put a t i o na l   c o s t .   S e c o n o r de r   s t a t i s t i c a l   f e a t u r e s   p r o v i de   b e t t e r   r e s ul t   de s pi t e   t h e   f a c t   t h a t   t h e   i n c r e a s i n s t a t i s t i c a l   o rde r   ra i s e s   t h e   c o m put a t i o na l   c o s t   e xpo n e nt i a l l y .   N o n e t h e l e s s ,   t h e   e ff i c i e n c y   a n a c c ur a c y   of   t h e   r e s ul t s   a r e   de pe n de n t   o n   t h e   s e l e c t e di s t a n c e   a nd  a n ge l s   b e t w e e n   pi xe l s   i n   c a s e   o f   G L CM   a n i n   [40 ] ,   r e s e a r c h e r s   e ff i c i e n t l y   c a l c ul a t e t h e   ge o m e t r i c   a n t e xt u r e   r e l a t e m e a s u r e s   us i n G L CM .   L o c a l   B i na r y   P a t t e rn  (L B P i s   a   t e c hn i que   c o m b i ni n s t r uc t u ra l   a n d   s t a t i s t i c a l   t e xt u r e   a na l y s i s   m e t h o ds .   It   r e v e a l s   t h e   i nt e n s i t y   r e l a t i o n s   b e t w e e n   a   pi xe l   a n i t s   n e i g h b o r   t hr o ug h   b i na r y   pa t t e rn.   A l t h o ugh   i t   i s   r o b us t ,   i t s   c o m put a t i o na l   c o s t   i s   e xpe n s i v e   e s pe c i a l l y   w h e n   t h e   n u m b e r   o f   fe a t u r e s   c o n s i de r e i s   hi g h.   A   f us i o n   m e t h o w a s   i m pl e m e n t e i n   [ 41]   c o m b i n i n t h e   Co m pl e t e L B P   (CL B P a n Cu r v e l e t   s u b - b a n f e a t ur e s   a n a n   a c c ura c y   of   96. 68%  w a s   a c hi e v e w i t h   a   r e duc e n u m b e r   o f a l s e   pos i t i v e   i n   c o m pa r i s o n   w i t h   t h e   e xpe r i m e nt   b a s e o n   o n l y   CL B P   fe a t u r e s .   A ut o r e g r e s s i v e   m o de l s ,   R a n do m   F i e l ds   (e . g.   M a r ko v   R a n do m   F i e l ds a n F ra c t a l s   a r e   t h e   M o de l - b a s e m e t h o ds   fo r   t e xt u r e   a na l y s i s   i n   w hi c a   p r i o r i   m o de l   i s   c o n s i de r e a s   a   t e xt u r e   de s c ri pt o r .   W hi l e   R a n d o m   F i e l ds   m e t h o ds   s uf fe r   h uge   c o m put a t i o n a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       Im age   pr oc e s s i ng   and   m ac h i n e   l e ar n i ng   t e c hn i qu e s . . .   ( Sus am B a gc h i )   2343   b ur de n,   F ra c t a l   p r o c e dur e s   g a i a t t ra c t i o due   t o   t h e i r   a b i l i t y   t o   f i n s p a t i a l   c o m pl e xi t y   a t   di f f e r e n t   s c a l e s   m a k i n i t   e a s i e r   t o   f i n o ut   t h e   a r c h i t e c t ura l   d i s t o rt i o n.   I n   [4 2] ,   f ra c t a l   di m e n s i o n   w a s   us e t o   i de n t i fy   di f fe r e nt   t e xt u ra l   pa t t e rn s   i n   t h e   b r e a s t   r e gi o n,   a n t h e   ob t a i n e c l a s s i f i c a t i o n   r e s ul t   w a s   s a t i s f a c t o r y   u s i n g     t h e   n o n - a u t o m a t e p r o c e dur e .   T ra n s f o r m - b a s e t e xt u r e   a n a l y s i s   t hr o ug h   s pa t i a l   do m a i n   f i l t e r s ,   F r e que n c y   do m a i n   f i l t e r s ,   G a b o r   a n W a v e l e t   t ra n s f o r m   m e t h o ds   di v i de s   a n   i m a ge   i nt o   di f fe r e n t   s p a c e s   t o   e xt r a c t     t h e   fe a t u r e s .   S pa t i a l   do m a i n   f i l t e r s   (e . g. ,   R ob e r t   a n S o be l a r e   e xt e n s i v e l y   us e d   i n   de t e c t i n t h e   e dge s ,   b ut   t h e i r   o ut pu t   i c a s e   o f   i rr e gul a t e xt u r e   i s   po o r .   D i s c r e t e   Co s i n e   T ra n s f o r m   (D C T a n D i s c r e t e   F o uri e T r a n s f o r m   (D F T a r e   a b l e   t o   a na l y z e   t h e   s pa t i a l   f r e que n c y   of   a n   i m a ge   b ut   b o t h   a pp r o a c h   l a c t h e   s pa t i a l   l o c a l i z a t i o n .   T h e r e f o r e ,   G a b o r   o r   W a v e l e t   t r a n s f o r m   i s   a d v a n t a ge o us   f o r   i t s   a b i l i t y   t o   i de n t i fy   t h e   s pa t i a l   l o c a t i o n .   E v e n   t h o ug w a v e l e t   i s   n o t   t ra n s l a t i o i n v a ri a nt ,   t hi s   c a n   b e   o ve r c o m e   w i t h   c u r v e l e t   a na l y s i s   [3] .   B e s i de s   a l l   t h e s e   c o n v e n t i o n a l   p r o c e dur e s ,   r e s e a r c h e r s   pr o po s e d   a   n e w   fe a t u r e   e xt r a c t i o n   m e t h o na m e l y   S qua r e   Ce nt r o i L i n e s   G ra y   L e ve l   D i s t ri b ut i o n   m e t h o (S CL G M a n R u n   D i f f e r e n c e   M e t h o (R D M i n   [43 ] .   D i s c r e t e   W a v e l e t   T ra n s f o r m   (D W T a n S p h e r i c a l   W a v e l e t   T r a n s f o r m   (S W T w e r e   us e t e xt ra c t   t e xt u r e   f e a t ur e s   f r o m   t h e   i m a ge s   i n   [44 ] .   A c c o r di n g   t o   t h e   r e s e a r c h e r s   [45 ] ,   s t a t i s t i c a l   p r o pe rt i e s   o c ur v e l e t   c o e ff i c i e n t s   c a n   b e   us e i n   f ut ur e   w o r ks   t o   i m p r o v e   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   a c c ura c y .   T h e   us e   of   di ffe r e nt   f e a t ur e   e xt r a c t i o n   m e t h o ds   m a y   b e   be t t e r   t h a us i n g   t h e   c u r v e l e t   c oe f f i c i e n t s .   I n   r e c e n t   y e a r s ,   r e s e a r c h e r s   a r e   c o n c e n t r a t i n o n   t h e   s t udy   of   c o m pl e t e   b r e a s t   p a r e n c h y m a   fo r   e xt r a c t i n t h e   t e xt u r e   f e a t u r e s   i n c o r po ra t i n g   l a t t i c e - b a s e s t r a t e g y   t o   i de n t i fy   t h e   h e t e r o ge n e i t y   of   b r e a s t   t i s s ue s   a s   w a s   d o n e   i n   [46]   a n t h e   h uge   po o l   of  f e a t ur e s   w e r e   r e duc e us i n Co n v o l ut i o na l   N e ura l   N e t w o r ( CN N ).   It   m us t   b e   m e n t i o n e t h a t   t h e   p r e s e n c e   o f   r e dunda nt   a nd  i rr e l e v a n t   f e a t u r e s   m a y   s i gni f i c a n t l y   de gr a de   t h e   p r e c i s i o n.   If   t h e   f e a t ur e s   a r e   n o t   pr o pe rl y   s e l e c t e d,   i t   m a y   a l s o   r e duc e   t h e   l e a rni n s pe e o   t h e   a ppo i nt e a l go ri t hm   [47] .   T h e r e fo r e ,   t h e   a c c ur a c y   o c l a s s i f i c a t i o n   de pe nds   l a r ge l y   o n   fe a t ur e   s e l e c t i o n   f r o m   a   l a r ge   s e t   of   da t a ,   e s pe c i a l l y   i n   t h e   c a s e   of  a rt i f i c i a l   i nt e l l i ge n c e .   S e v e r a l   a l go r i t hm s   fo un t h e i r   us e s   i e a rl i e r   r e s e a r c h e s   o CA D   s y s t e m   fo r   m a m m o g r a m   a n a l y s i s ;   a m o n g   w h i c h   G e n e t i c   A l go r i t h m   (G A )   a ppe a r e p r o m i s i ng  b e c a us e   i t   w o r ks   i n   a   v a s t   s o l ut i o n   s pa c e   w i t h   hi g h   di m e n s i o n a l   f e a t u r e s .   T hi s   t e c hni que   c a m i n i m i z e   t h e   r e du n d a n c y   a n a c hi e v e   b e t t e r   a c c u r a c y .   It   i s   a   po pul a t i o n - b a s e m e t a h e u r i s t i c   s e a r c o r   o pt i m i z a t i o n   t e c hn i que   i n s pi r e by   D a r w i n ’s   e v o l ut i o n   t h e o r y   [48]   a n i t s   pe r f o r m a n c e   e xt e n s i v e l y   de pe n ds   o n   i t s   c o n t r o l   pa ra m e t e r s   s uc h   a s   po pul a t i o n   s i z e ,   c r o s s ov e r   r a t e ,   a n m ut a t i o n   p r o b a b i l i t y .   T h e r e f o r e ,   t h e s e   pa ra m e t e r s   m us t   b e   s e l e c t e pr o pe r l y   t o   a vo i a n y   u n s a t i s f a c t o r y   r e s ul t .   T h e   r e s e a r c h e r s   i n   [4 9]   pr o po s e a   c o m put a t i o na l   t e c hni que   f o r   de t e c t i o a nd  s e g re ga t i o o f   A O i n   m a m m o g r a m   us i n g   G A   a nd  m ul t i - r e s o l ut i o n   t e c hni que   t ha t   o f fe r e r e l a t i v e l y   h i g h   a c c u r a c y   r e s ul t .   T h e y   pr o po s e t ra n s f o r m   f un c t i o n s   f o r   s pe c i f i e a dv a n t a ge s   l i ke   p ha s e   i n f o r m a t i o n ,   hi g di r e c t i o n a l i t y ,   a n d   s h i f t   i n s e n s i b i l i t y   [49] .     4. 4 .   C l as s i fi c ati o n     Cl a s s i f i c a t i o i s   t h e   l a s t   s t a ge   o f   i m a ge   a na l y s i s   t o   di s t i ngui s h   f i r s t l y ,   t h e   n o r m a l   a n a b n o rm a l   t i s s ue s   a n s e c o n dl y ,   t o   s e gr e ga t e   t h e   b e n i g n   a n m a l i g na nt   t um o r s   f r o m   a b n o r m a l   c a s e s .   T h i s   i s   v i a b l e   w i t h   pa t t e rn   r e c o gn i t i o n   [1 9] .   S e l e c t e fe a t ur e s   c a n   b e   c l a s s i f i e e i t h e r   by   s upe r v i s e o r   by   un s upe r v i s e m e t h o d.   In   t h e   s upe r v i s e m e t h o d,   i t   i s   r e qui r e t o   t r a i n   t h e   s y s t e m   f i r s t   a n t h e n   t h e   r e s t   o f   t h e   da t a   c a n   b e   t e s t e b t h e   t ra i n e s y s t e m .   H ow e v e r ,   a n   u n s u pe r v i s e m e t h o i s   de pe n de n t   o n   m a c hi n e   l e a rn i ng  t o   de s c r i b e     t h e   h i d de s t r uc t u r e   o f   un l a b e l e da t a .   A   f e a t ur e   s p a c e   i s   t h e   w h o l e   r a nge   o f   a   de f i n e f un c t i o n   o f   a n   i m a ge .   T h e   c l a s s i f i e r   i s   a   s upe r v i s e m e t h o t o   di v i de   a   f e a t ur e   s pa c e   t ha t   i s   do n e   by   us i n l a b e l e da t a   [50]   f o r   t ra i ni n pu rpo s e s   t o   s e gm e n t   n e w   s e t   of   da t a   a ut o m a t i c a l l y .   T h e   f u n c t i o n s ,   w hi c a r e   a l r e a dy   d e f i n e i n   f e a t u r e   s p a c e ,   a r e   r e s po n s i b l e   t o   di v i de   t h i s   f e a t u r e   s pa c e   f ur t h e r   i nt o   s e v e r a l   r e gi o n s   [19] .   Cl a s s i f i e r s   a r e   c o m put a t i o n a l l y   f a s t   a n c a n   b e   i m p l e m e nt e i n   m ul t i c h a nn e l   i m a ge s   [5 0] .   T h e r e   a r e   s e ve ra l   m e t h o ds   t o   t r a i n   a   c l a s s i f i e r   na m e l y   P a r z e n   w i n do w ,   n e a r e s t   n e i g h b o r ,   k - n e a r e s t - n e i g h b o r ,   m a xi m u m   l i ke l i h o o d/ B a y e s   c l a s s i f i e r ,   a n de c i s i o n   t r e e .   P a rz e n   w i n do w   a n k - n e a r e s t - n e i g h b o r   (K N N c l a s s i f i e r s   p r o v i de   n o   un de r l y i n a s s u m pt i o n   a b o ut     t h e   s t a t i s t i c a l   s t r uc t u r e   o f   t h e   da t a   f o r   w h i c h   t h e y   a r e   c o n s i de r e a s   t h e   n o n - p a ra m e t ri c   c l a s s i f i e r s .     T h e   m a xi m u m - l i ke l i h o o d/ B a y e s   c l a s s i f i e r   i s ,   h o w e ve r ,   a   p a ra m e t ri c   c l a s s i f i e r   t ha t   c o n s i de r s   p i xe l   i n t e n s i t i e s   a s   i nde pe n de n t   s a m pl e s   f r o m   a   m i xt u r e   o f   pr o b a b i l i t y   di s t ri b ut i o n s .   T h e   c o m put a t i o n a l   b u r de o f   t h e s e   m e t h o ds   i s   q ui t e   hi g h,   pa rt i c ul a r l y   w i t l a r ge   d a t a   s e t .   Cl us t e r i n i s   a n   u n s upe r v i s e m e t h o t o   c l a s s i fy   a n   i m a g e ;   t hi s   t e c hni que   c a n   b e   de s c r i b e a s     a   c l a s s i f i e r   w i t h o ut   us i n t ra i ni n da t a ,   b ut   i t   n e e ds   i n i t i a l   pa ra m e t e r s   o r   s e gm e n t a t i o n   p r o c e s s   [50] .   T h e   s e l f -   t r a i ni n i s   do n e   by   i t e r a t i v e l y   di v i di n a n   i m a ge   t hr o ug h   s e gm e nt a t i o n   a n t ra i n   i t s e l f   w i t h   t h e   e xi s t i n d a t a .   K - m e a n s ,   e xpe c t a t i o n   m a xi m i z a t i o n   ( E M a n F u z z y   c - m e a n s   a r e   c o n s i de r e a s   c l us t e r i n m e t h o ds .   S i n c e   i t   do e s   n o t   r e qui r e   i ni t i a l   s p a t i a l   m o de l i n g,   i t   m a y   be   s e n s i t i v e   t o   i n t e n s i t y   i n   h o m o ge n e i t i e s   a n n o i s e .   Cl us t e r i n g   i s   m a i n l y   a ppl i e i s e gm e n t i ng  M R a n i t h e   c a s e s   w h e r e   pi xe l   i nt e n s i t y   di s t r i b ut i o n s     a r e   de t a c h e [ 19] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     23 36   -   2 348   2344   A N N   i s   a i n f o rm a t i o p r o c e s s i n t e c hn i q ue   t ha t   i s   i n s pi r e b y   t h e   w a y   h u m a b r a i n s   p r o c e s s   i n f o r m a t i o n.   I t   i s   t hr o ug h   a   s e t   o f   i n t e r - c o nn e c t i n n o de s ,   us ua l l y   kn ow n   a s   n e u r o n s ,   w h i c h   de l i v e r   t h e   o ut put   t hr o ugh  a   c o m put e r   m o de l .   E a c h   n o de   i s   a s s o c i a t e w i t h   g a i o r   w e i ght   t ha t   c a n   b e   a dj us t e t o   ge t     t h e   r e qui r e o ut pu t   f r o m   t h e   gi v e n   i n pu t .   L e a rn i ng,   a n r e c a l l   i s   t h e   t w o   w o r ki n p ha s e s   [3] .   W e i gh t   a da p t a t i o n   o f   t h e   n o de s   i s   do n e   t t r a i n   t h e   A N N   a b o ut   t h e   t a s duri n t h e   l e a rni n p h a s e   e i t h e t hr o ugh   s upe r v i s e o r   un s upe r v i s e m e t h o ds   [19 50] .   T h e   r e c a l l   i s   f o r   v a l i da t i o n   a n r e s o l v i n a n   i s s ue .   F e e fo r w a r d   a nd  b a c pr o pa g a t i o n   a r e   t w o   w a y s   o l e a rni n p r o c e dur e .   A N N   c a n   a l s o   s e l e c t   fe a t ur e s   f o r   w h i c h   t h e   w e i gh t s   o r   g a i n s   o f   t h e   n o de s   s h o ul be   a dj us t e a n t ra i n e a c c o r di n g l y .   F e e fo r w a r d   N e ura l   N e t w o r (F N N w a s   us e a s   a   c l a s s i f i e t ha t   w a s   t r a i n e t hr o ug h   J a y a   a l go ri t hm   i n   [51]   a n d   t h e   o b t a i n e s e n s i t i v i t y   a n s pe c i f i c i t y   w e r e   of   92. 26%   ±  3 . 44 a n 92. 2 8%  ±   3. 5 8%  r e s pe c t i v e l y .   T h e   m a i a dv a n t a ge   of  A N N   i s   t ha t   i t   ha s   pa ra l l e l   p r o c e s s i n c a pa b i l i t y   a n c a n   p r e di c t   t h e   o ut put   e v e n   w i t h   i n s uf f i c i e n t   t ra i ni n g   da t a   a l t h o ug h   t h e   a c c ur a c y   i s   d e pe n de n t   o n   l a r ge   da t a   s e t .   It s   c o m pu t a t i o n a l   c o s t   h i g h l y   de pe n ds   o n   t h e   h i d de l a y e r s   a n c o nn e c t e n e u r o n s .   S e ve r a l   o t h e r   c l a s s i f i c a t i o n   t e c hni que s   w e r e   t r i e o n   m a m m o gra m s .   T h e   b r e a s t   a b n o rm a l i t i e s   of    t h e   m a m m o g r a m   w e r e   c l a s s i f i e i n   [52]   by   i n c o r po r a t i n a   n e w   pa t t e rn   c l a s s i f i e r   a pp r o a c h   t hr o ug h     t h e   P a rt i c l e   S w a r m   O p t i m i z e W a v e l e t   N e ur a l   N e t w o r (P S O W N N t h a t   w a s   b a s e o n   e xt r a c t i n L a w s   T e xt u r e   E n e r gy   M e a s ur e s .   I n   a n   e xpe r i m e n t   [33] ,   t h e   r e s e a r c h e r s   t r i e b o t h   t h e   r e gi o n   g r o w i n m e t h o a l o ng  w i t h   A N N   a n c e l l ul a r   n e u r a l   n e t w o r (CN N fo r   s e gm e n t a t i o n.   T h e n   G A   w a s   a ppl i e f o r   fe a t u r e   s e l e c t i o n   a n t h e   c l a s s i f i c a t i o n s   i n   b o t h   c a s e s   w e r e   do n e   us i n v a ri o us   c l a s s i f i e r s   s uc h   a s   K N N ,   s uppo r t   ve c t o r   m a c h i n e   (S V M ),   na ï v e   B a y e s ,   r a n do m   f o r e s t ,   a n m u l t i - l a y e r   n e u r a l   n e t w o r (M L P ).   It   w a s   ob s e r v e t h a t   M L P   pe r fo r m e b e s t   i n   b o t h   c a s e s .   A n   e v a l u a t i o n   w a s   do n e   i n   [53]   o n   t hr e e   un s upe r v i s e c l a s s i f i e r s   na m e l y   O pt i m um - P a t h   F o r e s t   (O P F ),   G a us s i a n   M i xt u r e   M o de l   (G M M a n k - M e a n s ,   a n i t   w a s   f o un t ha t   O P F   o ut pe r f o r m e t h e   o t h e r s .   A   di f fe r e n t   a pp r o a c h   w a s   t ri e i n   [54]   f o r   a u t o m a t i c   e v a l ua t i o n   o f   di ff e r e n t   b r e a s t   t i s s ue s .   H e r e   t h e   r e s e a r c h e r s   e nga ge w i t h   ra d i o l o gi s t s   a n c l i n i c a l   p ra c t i t i o n e r s   f o r   t h e i r   e x pe r t   o pi n i o n s   o n   t h e   pr e v i o us   pr e di c t e r e po rt s   t o   s e gr e ga t e   t h e   qua l i t a t i v e   m a m m o g r a p hi c   f e a t ur e s .   T h e   o pt i m a l   de c i s i o n   t hr e s h o l w a s   c a l c ul a t e b a s e o n   s t a t i s t i c a l   a n a l y s i s   fo r   b e n i g n   a nd  m a l i g na n t   c a s e s   a n t a ki n i n t o   a c c o un t   t h e   s h a pe   a n s i z e   of  t h e   t um o r s .   T h e s e   fe a t ur e s   w e r e   us e a s   da t a s e t s   f o r   r e a l   t ra i ni n o f   di ff e r e n t   c l a s s i f i e a r c hi t e c t u r e s   s uc a s   l i n e a r   c l a s s i f i e r s ,   n e u r a l   n e t w o r ks   (N N a n d   S V M   a n f o r   o pt i m a l   f e a t ur e   s e t s ,   i n   w h i c h   up  t o   95 a c c ura c y   w a s   ob t a i n e d .   It   w a s   c o n c l ude t ha t   s pe c i a l i z e i m a ge   p r o c e s s i n a l go r i t h m s   a l o n g   w i t h   po w e r f ul   pa t t e rn   r e c o gn i t i o n   m o de l s   of   n o n - l i n e a r   a nd  hi g h l y   a d a p t i v e   a r c hi t e c t u r e   m a y   pr o v i de   a   b e t t e r e s ul t .       5.   DISCUSSIO N   D i f fe r e n t   m e di c a l   i m a gi ng  s y s t e m s   fo r   b r e a s t   w e r e   s t udi e i n   t h e   b e gi nni n o f   t h i s   pa pe r   a n t h e y   a r e   s um m a ri z e i T a b l e   b a s e o n   s e ve r a l   c r i t e ri a .   I t   i s   f o un t ha t   t h e   s e n s i t i v i t y   of   f i n di ng  s m a l l   t u m o r s   e ve n   i n   de n s e   b r e a s t   i s   hi g h   f o r   M R I,   U l t ra s o un a n CT   s c a n .   H ow e v e r ,   CT   s c a n   c a nn o t   b e   c o n s i de r e f o r   r e gul a r   s c r e e n i ng  m e t h o a s   i t   i n c r e a s e s   t h e   c h a n c e s   o f   c a n c e r   a n t h e   o ut c o m e   of   U l t ra s o un i m a gi ng  de pe n ds   o n   t h e   e xpe r t i s e   of  t h e   o pe r a t o r.   O n   t h e   o t h e r   h a nd,   M R i s   c os t l y   a n i t   h a s   r e s t r i c t e us e   due   t ga do l i n i um   a nd  s t r o n m a g n e t i c   e ff e c t .   S o ,   a l t h o ugh   t h e   s e n s i t i v i t y   of   di g i t a l   m a m m o g r a p h y   i s   m o de r a t e   t de t e c t   t um o r s   i n   de n s e   b r e a s t ,   i t   i s   w i de l y   a c c e pt e t hr o ugh o ut   t h e   w o r l a s   r e gul a r   s c r e e ni n m e t h o due   t i t s   l o w   c o s t   a nd  m i ni m um   p r o c e s s i n t i m e .   A n   e xt e n s i v e   s t udy   h a s   b e e n   do n e   i n   t hi s   pa pe r   o n   r e c e n t   C A D   s y s t e m   fo r   m a m m o g r a m   s c r e e n i ng   a n a   b ri e f   s um m a r y   i s   t a b ul a t e i T a b l e   t o   h i g h l i g h t   di f f e r e nt   t e c hn o l o gi e s   t ha t   w e r e   us e i n   e a c h   s t a ge T h e r e   a r e   s e v e r a l   r e s e a r c h e s   o n   a   p a r t i c u l a r   s t a ge   o f   a   CA D   s y s t e m ,   s uc h   a s   s e gm e n t a t i o n   o r   f e a t u r e   e xt ra c t i o n   w h e r e   e i t h e r   o n e   t e c hni que   w a s   e v a l ua t e o r   d i f fe r e n t   m e t h o ds   w e r e   c o m pa r e a n h e n c e ,   t h e y   a r e   n o t   i n c l ude i n   T a b l e   2.   T h e   a n a l y s i s   of   T a b l e   2   r e ve a l s   t h a t   t h e   o b t a i n e a c c ura c y   i n   m o s t   o f   t h e   r e s e a r c h e s   i s   a t   hi g h e r   s i de   i rr e s pe c t i v e   of   t h e   t e c hn o l o gi e s   us e i n   e a c h   s t a ge .   H ow e v e r ,   n o n e   o f   t h e   de ve l o p e CA D   s y s t e m   a r e   f ul l y   a ut o m a t i c ,   e xc e pt   t h e   w o r do n e   i n   [33]   a nd  t h i s   i s   m o s t l y   be c a us e   of   t h e   s e m i - a ut o m a t i c   o r   m a n u a l   s e gm e n t a t i o n   t e c hn i q ue s E v e n,   t h e   w o r [45]   t ha t   a t t a i n e hi g h e s t   a c c ur a c y   98. 59%  du r i ng  c l a s s i f i c a t i o n,   a l s o   us e m a n u a l   c r o ppi n f o r   s e gm e n t a t i o n.   I t   c a n   a l s o   b e   ob s e r v e t h a t   a t   c l a s s i f i c a t i o n   s t a ge ,   m a c h i n e   l e a rn i ng  a nd  n e u r a l   n e t w o r ks   w e r e   i m p l e m e nt e i a l l   t h e   w o r ks ,   b ut   w i t h   di f f e r e n t   a l go r i t hm s   a n d   c l a s s i f i e r s .   T h e r e f o r e ,   t h e   f ut u r e   r e s e a r c h   c a n   i m pl e m e n t   u n s upe r v i s e m a c h i n e   l e a rni n m e t h o ds   t o   s e gm e n t   t h e   A O a ut o m a t i c a l l y   a l o n w i t s upe r v i s e a l go ri t hm s   t o   c l a s s i fy   t h e   i m a ge   f o r   i m p r o v e pe r f o r m a n c e   o t h e   CA D   s y s t e m .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       Im age   pr oc e s s i ng   and   m ac h i n e   l e ar n i ng   t e c hn i qu e s . . .   ( Sus am B a gc h i )   2345   T a b l e   1 .   A   B r i e f   S um m a r y   of   M e di c a l   I m a ge s   us e f o r   B r e a s t   C a n c e D i a g n o s i s   Im a g i n g   M e t h o d   F re q u e n c y   Ra n g e   Io n i z i n g   E ffe c t   S e n s i t i v i t y   i n   D e t e c t i n g   S m a l l   T u m o r s   P ro c e s s i n g   T i m e   Co s t   In j e c t e d   A g e n t   D i g i t a l   M a m m o g ra p h y   3 0   p e t a h e rt z   -   30  e x a h e rt z   L o w   M o d e ra t e   L o w   L o w   No   M a g n e t i c   Re s o n a n c e   Im a g i n g   ( M RI )   1 - 1 0 0   M H z     N o n e   H i g h   H i g h   H i g h   G a d o l i n i u m   U l t ra s o u n d   Im a g i n g   2 - 2 0   M H z   N o n e   H i g h   M o d e ra t e   M o d e ra t e   No   Co m p u t e d   T o m o g ra p h y   M u c h   h i g h er   d o s e   t h a n   c o n v e n t i o n a l   x - ra y   V e r y   h i g h   H i g h   H i g h   H i g h   C o n t ra s t   a g e n t   l i k e   Io d i n e   a n d   Ba ri u m   P o s i t ro n - E m i s s i o n   T o m o g ra p h y   D o n e   w i t h   CT   V e r y   h i g h   L o w   H i g h   H i g h   R a d i o a c t i v e   s u b s t a n c e   M i c ro w a v e   m i l l i m e t e -     1   m e t e r   N o n e   L o w   L o w   U n k n o w n   s i n c e   i t   i s   u n d e r   t ri a l   C o n t ra s t   a g e n t       T a b l e   2 .   A   B r i e f   S um m a r y   of   R e c e n t l y   D e v e l o pe CA D   S y s t e m s   f o r   B r e a s t   Ca n c e r   D i a g n o s i s   A u t h o r   N a m e s       U s e d   T e c h n i q u e s       A c c u ra c y   P re - p r o c e s s i n g   S e g m e n t a t i o n   F e a t u r e   E x t ra c t i o n   F e a t u r e   S e l e c t i o n   Cl a s s i fi c a t i o n   S .   W a n g   e t   a l . ,   2 0 1 7   M e d i a n   fi l t e ri n g ,   H o m o m o r p h i c   f i l t e ri n g   a n d   L o g a ri t h m i c   e n h a n c e m e n t   Re g i o n   g r o w i n g   fo l l o w e d   b y   t h r e s h o l d i n g   W e i g h t e d - t y p e   f ra c t i o n a l   F o u ri e r   t ra n s fo r m   (T e x t u r e )   P ri n c i p a l   c o m p o n e n t   a n a l y s i s   (P C A )   F e e d - fo r w a rd   N e u ra l   N e t w o rk   T ra i n e d   b y   J a y a   A l g o ri t h m   9 2 . 2 7   ±   3 . 4 9 %   R.   Ro u h i   e t   a l . ,   2015   M a n u a l   c r o p p i n g ,   H i s t o g ra m   e q u a l i z a t i o n   a n d   M e d i a n   f i l t e ri n g   C e l l u l a n e u ra l   n e t w o rk   w i t h   p a ra m e t e r s   d e t e r m i n e d   b y   g e n e t i c   a l g o ri t h m   In t e n s i t y ,   t e x t u ra l ,   a n d   s h a p e   fe a t u r e s   G e n e t i c   a l g o r i t h m   M L P   9 6 . 4 7 %   S J S .   G a rd e z i   e t   a l . ,   2 0 1 5   M a n u a l   c r o p p i n g   M a n u a l   c r o p p i n g   T e x t u r e   fe a t u re s   f r o m   c o m p l e t e d   l o c a l   b i n a ry   p a t t e r n   (CL BP )   a n d   c u r v l e t   F u s i o n   o f   CL BP     a n d   c u r v l e t   fe a t u r e s   N e a r e s t   n e i g h b o r   c l a s s i f i e r   9 6 . 6 8 %   K .   G a n e s a n   e t   al . ,   2014   M a n u a l   c r o p p i n g   &   N o r m a l i z a t i o n   -   S p h e ri c a l   W a v e l e t   T ra n s fo r m   ( S W T )     S V M   8 8 . 8 %   N .   A z i z i   e t   a l .,  2014   -   Co - o c c u rr e n c e   m a t ri x ,   H U   m o m e n t s   a n d   Ce n t ra l   m o m e n t s   T e x t u r e   a n d   S h a p e   G e n e t i c   A l g o ri t h m   S V M   c l a s s i fi e r   u s i n g   G a u s s i a n   k e rn e l   f u n c t i o n   89 %   X .   L i u   e t   a l .,  2014   M a n u a l   c r o p p i n g   L e v e l - S e t - Ba s e d   w i t h   F u z z y   c - m e a n s   In i t i a l i z a t i o n     G e o m e t ry   (s h a p e a n d   T e x t u r e   S V M -   b a s e d   re c u rs i v e   f e a t u r e   e l i m i n a t i o n   p ro c e d u re   w i t h   a   n o r m a l i z e d   m u t u a l   i n fo r m a t i o n   f e a t u r e   s e l e c t i o n   S V M   c l a s s i fi e r   w i t h   a   l e a v e - one - o u t   (L O O )   s c h e m e   94 %   J .   D h e e b a   e t   al . ,   2 0 1 4   -   G l o b a l   t h r e s h o l d i n g   L a w s   T e x t u re   E n e r g y   M e a s u re s   -   P a rt i c l e   S w a r m   O p t i m i z e d   W a v e l e t   N e u ra l   N e t w o rk     9 6 . 8 5 %   M .   M .   E l t o u k h y   e t   al . ,   2 0 1 0   M a n u a l   c r o p p i n g   M a n u a l   c r o p p i n g   Cu rv l e t   t ra n s fo r m   R a t i o s   (1 0 - 90 % o t h e   b i g g e s t   c o e ffi c i e n t s   f r o m   e a c h   s c a l e   d e c o m p o s i t i o n   l e v e l   E u c l i d e a n   d i s t a n c e   9 8 . 5 9 %       6.   C O N C LU S I O N   T h e   m a i n   pu r po s e   of   t h i s   s t udy   i s   t o   r e v i e w   t h e   pa s t   r e s e a r c he s   o n   p r o po s e CA D   s y s t e m s   fo r   b r e a s t   c a n c e r   di a g n o s i s   a n i t   h a s   b e e n   n o t i c e t h a t   a l o n w i t h   c l a s s i c   i m a ge   p r o c e s s i n m e t h o ds ,   m o r e   i m po rt a n c e   i s   gi v e n   o n   m a c h i n e   l e a rni n a n d   a rt i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k   b a s e s y s t e m s   t o   m a ke   t h e   s y s t e m   a ut o m a t e d.     T h e   a b ov e   di s c us s i o n   r e v e a l s   t h a t   t i l l   d a t e   t h e   a c c e pt a b i l i t y   a n us e   of   m a m m o g r a m   i s   h i g h   f o r   r e gu l a Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.