I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 ,   p p .   1199 ~ 1 2 1 2   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 3 . pp 1 1 9 9 - 1 2 1 2           1199       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   O ptimi zed  ResNe t - 5 0  f ra mewo rk  f o r ma mm o g ra m - ba sed brea st  ca ncer c la ss ificati o n:  a  com pa ra tive eva lua tion wit h  Efficien tNe t - B0       M uh a m m a d Sub a li 1 ,  L u lu  M a wa dd a h Wi s ud a wa t i 2 ,  T e re s a 3     1 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   I n f o r ma t i o n   T e c h n o l o g y ,   C e n d e k i a   A b d i t a ma  U n i v e r s i t y ,   Ta n g e r a n g ,   I n d o n e si a   2 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i c s ,   G u n a d a r ma   U n i v e r si t y ,  D e p o k ,   I n d o n e si a   3 D e p a r t me n t   o f   N u r si n g ,  C e n d e k i a   A b d i t a m a   U n i v e r si t y ,   T a n g e r a n g ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   2 6 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J an   2 4 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ma r   1 6 ,   2 0 2 6       Bre a st  c a n c e r  re m a in s  o n e   o f  t h e   m o st  p re v a len t  m a li g n a n c ies   wo rld wi d e ,   u n d e rsc o ri n g   th e   n e e d   f o r   a c c u ra te  a n d   re li a b le  m a m m o g ra p h ic   in terp re tatio n .   Co m p u ter - a id e d   d i a g n o sis  (CAD )  b a se d   o n   d e e p   lea rn in g   h a s  e m e rg e d   a s  a   p ro m isi n g   a p p r o a c h   t o   imp r o v e   b o th   sc re e n in g   p e r fo rm a n c e   a n d   d ia g n o stic  c o n siste n c y ,   y e t  fa irn e ss - d riv e n   c o m p a ris o n s   b e twe e n   p o p u lar  c o n v o l u ti o n a l  b a c k b o n e s  o n   p u b li c   m a m m o g ra m   b e n c h m a rk s   re m a in   li m it e d .   Th is   stu d y   p r o v i d e s  a   sta ti stica ll y   v a li d a ted ,   fa irn e ss - d riv e n   c o m p a riso n   o f  tw o   wid e ly   u se d   c o n v o lu ti o n a l  n e u ra l  n e two r k   a rc h it e c tu re s,   Re sN e t - 5 0   a n d   Eff icie n tNe t - B0 ,   fo r   m a m m o g ra m - b a se d   b re a st  c a n c e r  c las sifica ti o n   u n d e r  a   rig o ro u sly   c o n tro ll e d ,   c li n ica ll y   m o ti v a ted   p ro t o c o l.   Th e   p ro p o se d   “ o p t imiz e d   Re sN e t - 5 0 ”   fra m e wo rk   is  d e fi n e d   b y   p a t ien t - lev e l  stra ti fied   u n d e rsa m p li n g ,   p a ired   5 - fo l d   c ro ss - v a li d a ti o n   wi th   id e n ti c a l   p a rti ti o n s,  h a rm o n ize d   a u g m e n tatio n   a n d   trai n in g   c o n fi g u ra ti o n s,   a n d   d u a l   sta ti stica l  tes ti n g   ( p a ired   t - te sts  a n d   Wi lc o x o n   sig n e d - ra n k   tes ts),   e m p h a siz in g   m e th o d o lo g ica l  ri g o r  ra th e r  th a n   a rc h it e c tu ra l   n o v e lt y .   Ac ro ss   M IAS  a n d   CBI S - DD S M   b e n c h m a rk s,  t h e   m o d e ls  d e m o n stra ted   c o m p lem e n tary   stre n g th s,   with   Eff icie n tNe t - B0   e x c e ll in g   i n   sc re e n in g - o rien ted   tas k s  (n o rm a l  v s.  a b n o r m a l)  a n d   Re sN e t - 5 0   o ffe rin g   m o re   ro b u st  p e rfo rm a n c e   fo r   d ia g n o stic - o rie n ted   tas k s  (b e n ig n   v s.  m a li g n a n t).   Th e se   fin d i n g s  h ig h li g h t  th e   v a l u e   o f  fa irn e ss - d riv e n   e v a lu a ti o n   p ro t o c o l s  in   CAD   re se a rc h   a n d   su p p o rt  t h e   fe a sib il i ty   o f  i n teg ra ti n g   l ig h twe ig h t  c o n v o l u ti o n a l   n e u ra l  n e two r k s   (CNN s )   in t o   ti e re d   c li n ica l  wo rk fl o ws ,   wh e re   d iffere n t   b a c k b o n e s  a re   stra teg ica ll y   d e p lo y e d   fo r  i n it ial  sc re e n in g   a n d   c o n firma to ry   a ss e ss m e n t.   K ey w o r d s :   B r ea s t c an ce r   class if icatio n   C o m p u ter - aid ed   d iag n o s is   Dee p   lear n in g   E f f icien tNet - B0   Ma m m o g r a p h y   R esNet - 50   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mu h am m ad   Su b ali   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   I n f o r m atio n   T ec h n o lo g y ,   C en d ek ia  A b d itam a  Un iv e r s ity     I s lam ic  R ay a  St.,   Kela p a  Du a,   T an g er a n g ,   B an ten ,   I n d o n esia   E m ail: su b ali@ u ca . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   B r ea s t  ca n ce r   r em ain s   o n e  o f   th e  m o s t  p r ev ale n t  an d   lif e - th r ea ten in g   m alig n a n cies  wo r ld wid e,   im p o s in g   a   s u b s tan tial  b u r d en   o f   in cid en ce   an d   m o r tality   a m o n g   wo m en   [ 1 ] .   T h is   b u r d e n   ca lls   f o r   r eso u r ce - s tr atif ied   s tr ateg ies  to   s tr en g th en   ea r ly   d etec tio n   a n d   ca r e  p at h way s   ac r o s s   d iv er s e  h ea lth - s y s tem   co n tex ts   [ 2 ] ,  with   ad d itio n al   g lo b al - b u r d en   ev id e n ce   f u r th e r   u n d er s co r in g   th e  n ee d   f o r   tim el y   in ter v e n tio n   [ 3 ] .  Ma m m o g r a p h y   is   th e  m o s t  wid ely   ad o p te d   s cr ee n in g   to o l  an d   is   s tan d ar d ized   th r o u g h   th e  B I - R ADS ®   r ep o r tin g   f r am ew o r k ; h o wev e r ,   in ter p r etatio n   v a r iab ilit y   an d   th e  s u b tlety   o f   ce r tain   lesi o n   p atter n s   ca n   lea d   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 1 9 9 - 1 2 1 2   1200   f alse  p o s itiv es  an d   f alse  n eg ativ es  with   d o wn s tr ea m   clin i ca l  an d   ec o n o m ic  co n s eq u en ce s   [ 4 ] .   Po p u latio n - lev el  esti m ates  al s o   co n f ir m   b r ea s t  ca n ce r ’ s   lar g e  co n tr ib u tio n   to   f e m ale  ca n ce r   in ci d en ce   an d   d ea th s ,   r ein f o r cin g   th e   u r g en cy   o f   e f f ec tiv e  s cr ee n in g   p r o g r am s   [ 5 ] .   R ec en t  ev al u atio n s   s h o w  th at  d ee p   lear n in g – b ased   co m p u ter - aid e d   d ia g n o s is   ( C AD)   ca n   im p r o v e  m am m o g r a p h ic  ass ess m en t  an d   f u n ctio n   as  a   co m p lem en tar y   aid   in   clin ical   wo r k f lo ws  [ 6 ] ,   [ 7 ] .   B r o ad e r   d ee p - lear n i n g   liter atu r e  h ig h li g h ts   th e   ca p ac ity   o f   n eu r al  n etwo r k s   to   lear n   m u lti - lev el  r e p r esen tatio n s   a n d   to   s u p p o r t   d is co v er y   ac r o s s   h eter o g e n eo u s   b io m ed ical  d ata  [ 8 ] ,   [ 9 ] .   T r an s f er   lear n in g ,   in   p ar ticu lar ,   f a cilitates  r o b u s t  p er f o r m an ce   in   m ed ical  im ag in g   d esp ite  lim ited   an n o tated   d ata s ets  [ 1 0 ] .     W ith in   th is   co n tex t,  C AD  lev er ag in g   m ac h in e   lear n in g   ( ML )   an d   d ee p   lear n in g   ( D L )   en ab les  au to m ated   e x tr ac tio n   o f   h ier a r ch ical,   d is cr im in ativ e  f ea tu r es  th at  o f ten   s u r p ass   h an d c r a f ted   d escr ip to r s   in   m am m o g r a p h y   an d   r elate d   m o d alities   [ 1 1 ] ,   wh ile   p r etr ai n e d   co n v o lu tio n al  n eu r al   n etwo r k s   ( C NNs)   tailo r ed   to   m am m o g r ap h y   co n tin u e  t o   m atu r e  to war d   s tate - of - th e - a r t  p r ac tice  [ 1 2 ] .   E f f icien tNet  v ar ian ts   h av e  b ee n   ex p lo r ed   f o r   b r ea s t - im ag in g   t ask s   with   p r o m is in g   ac cu r ac y   an d   s ca lab ilit y   ch ar ac ter is tics   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   I n   th is   s tu d y ,   we  th er ef o r e  f o cu s   o n   o p tim izin g   R esNet - 5 0   f o r   m a m m o g r am - b ased   b r ea s t - ca n ce r   class if icatio n   an d   p r o v id e   a  d ir ec t c o m p ar is o n   to   E f f icien tNet - B 0 .     At  th e  b ac k b o n e  le v el,   r esid u al  co n n ec tio n s   i n   R esNet  s tab ilize  d ee p   o p tim izatio n   a n d   e n ab le   ef f ec tiv e  f ea tu r e  r eu s e,   an d   R esNet - 5 0   h as  d em o n s tr ated   r o b u s t  p er f o r m a n ce   in   b r ea s t - ca n ce r   im ag in g   ap p licatio n s   [ 1 5 ] – [ 1 7 ] .   B ey o n d   ar c h itectu r es,  f ea tu r e  en g in ee r in g   a n d   b aselin e  m o d ellin g   r em ai n   r elev a n t.   Prio r   wo r k   s p an s   h an d cr a f te d   tex tu r e  d escr ip to r s   an d   C N N - b ased   r ep r esen tatio n s ,   ea c h   s h o win g   tan g ib le  g ain s   in   d is cr im in ab ilit y   ac r o s s   d atasets   an d   task s   [ 1 8 ] – [ 2 0 ] .   Dim en s io n ality   r ed u ctio n   a n d   f ea t u r e  s elec tio n   ( e. g . ,   L ASSO)  h av e  also   b ee n   r ep o r ted   t o   im p r o v e  p e r f o r m a n ce   an d   c o m p u tatio n al  ef f icie n cy   in   b r ea s t - ca n ce r   class if icatio n   p ip elin es  [ 2 1 ] .   C las s ical  ML   b aselin es — s u ch   as  s u p p o r t  v ec to r   m ac h in es  an d   en s em b le  lear n er s — h av e  ac h iev ed   s tr o n g   r esu lts   in   s ev er al  s tu d ies  an d   d atasets ,   alth o u g h   th eir   r elian ce   o n   en g in ee r ed   f ea tu r es  ca n   lim it  g en er aliza ti o n   ac r o s s   h eter o g e n eo u s   c o h o r ts   [ 2 2 ] – [ 2 5 ] .   A  b r o ad er   r ev iew  o f   ML /DL   f o r   m ed ical  im ag e   an aly s is   f u r t h e r   em p h asizes  th e  b e n ef its   o f   l ea r n ed   r ep r esen tatio n s   f o r   en d - to - en d   d iag n o s tic  m o d ellin g   [ 2 6 ] ,   an d   r ec e n t  m am m o g r a p h y   ap p licatio n s   o n   p u b lic   d atasets   co n tin u e   to   s h o w  d etec tio n   im p r o v em e n ts   u n d er   p r ac tical  s ettin g s   [ 2 7 ] .   C o m p ar ativ e  s tu d ies  o f   ML   al g o r ith m s   also   p r o v id e  p er f o r m an ce   co n tex t a cr o s s   v ar ie d   s ce n ar io s   an d   ev alu atio n   p r o to co ls   [ 2 8 ] .     Desp ite  th ese  ad v an ce s ,   class   im b alan ce — wh er e   b en i g n   c ases   o f ten   o u tn u m b er   m alig n an t  o n es — r em ain s   a  ch allen g e  t h at  ca n   s h if t  d ec is io n   b o u n d ar ies  an d   r ed u ce   s en s itiv ity   to   m in o r ity   c lass es  in   s cr ee n in g   co n tex ts .   R ec en t  p ip elin es  h av e  th er ef o r e  in c o r p o r ated   d if f er en t  b alan cin g   s tr ateg ies,  s u ch   as  s tr atif ied   u n d er s am p lin g ,   class - weig h ted   lo s s es,  an d   s y n th etic  o v e r s am p lin g   ( e. g . ,   SMOT E ) ,   with   d em o n s tr ated   ef f ec tiv en ess   in   b o th   R esNet - 50 - b ased   c o n f ig u r atio n s   an d   co n tem p o r ar y   d ee p - lear n in g   f r am ewo r k s   f o r   b r ea s t - ca n ce r   d etec tio n   an d   cl ass if icatio n   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   I n   th is   s tu d y ,   we   em p lo y   s tr atif ied   u n d er s am p lin g   at  t h e   p atien t  lev el  to   m itig ate  m aj o r ity - class   b ias  wh ile  en s u r in g   f air   r ep r esen tatio n   ac r o s s   tr ai n in g   an d   v alid atio n   f o ld s .   T o   r ed u ce   p o ten tial  in f o r m atio n   lo s s ,   u n d e r s am p lin g   is   co m b in ed   with   s tan d ar d ize d   au g m en tatio n   an d   r ig o r o u s   ev alu atio n   p r o t o co ls .     I n   th is   s tu d y ,   we  d esig n   an d   v alid ate  an   o p tim ized   R esNet - 5 0   f r am ewo r k   f o r   m am m o g r am - b ased   b r ea s t - ca n ce r   class if icatio n ,   with   a  d ir ec t  co m p ar is o n   to   E f f icien tNet - B0 .   Ou r   m eth o d o lo g y   co m p r is es:   i)   R ig o r o u s   p r ep r o c ess in g   an d   au g m en tatio n   tailo r ed   to   m a m m o g r a p h ic  v a r iab ilit y ;   ii)  I n teg r atio n   o f   p atien t - lev el  s tr atif ied   u n d er s am p lin g   with   a  f ix ed   r an d o m   s ee d   to   b alan ce   class es   r ep r o d u cib ly   ac r o s s   f o ld s ;     iii)  Stan d ar d ized   tr a n s f er   lear n in g   with   f r o ze n   b ac k b o n es  an d   an   id en tical  m in im al   class if ier   h ea d .   Her e ,   “o p tim ized ”  h ig h lig h ts   m eth o d o lo g ical  im p r o v em en ts   ( b ala n ce d   s p litt in g ,   co n tr o lled   class if ier   s tr u ctu r e,   an d   s y s tem atic  h y p er p ar am eter   tu n in g )   d esig n e d   to   en s u r e  r ep r o d u cib ilit y   an d   clin ical  r ele v an ce ,   r ath e r   th an   p r o p o s in g   a  n o v el  n etwo r k   ar ch itectu r e ;  an d   iv )   C o m p r eh en s iv e  b en ch m a r k in g   ag ai n s t  E f f icien tNet - B 0   ac r o s s   ac cu r ac y ,   s en s itiv ity ,   s p ec if icity ,   F1 - s co r e,   a n d   R OC – AUC .   T o   en s u r e  r o b u s tn es s ,   p er f o r m a n ce   was  r ep o r ted   as  m ea n   ±   s tan d ar d   d ev iatio n   ( SD)   ac r o s s   cr o s s - v alid atio n   f o ld s ,   9 5 %  co n f id en ce   in ter v als  ( C I )   f o r   R OC – AU C   es tim ated   u s in g   th e  t - d is tr ib u tio n   ac r o s s   f o ld s ,   an d   s tatis tical  v alid atio n   u s in g   p air ed   t - test s   an d   W ilco x o n   s ig n ed - r a n k   test s .     I n   s u m m a r y ,   th is   s tu d y   m a k e s   th r ee   m ai n   c o n tr ib u tio n s .   F ir s t ,   it  p r o p o s es  a   r ep licab le,   p r ac tice - m in d ed   o p tim izatio n   p r o to co l   f o r   R esNet - 5 0   tailo r ed   to   m a m m o g r a p h y ,   r e f lectin g   b o th   te ch n ical  an d   clin ical  co n s tr ain ts .   Seco n d ,   it  p r o v id es  h ea d - to - h ea d   co m p ar ativ e  in s ig h ts   b etwe en   R e s Net - 5 0   an d   E f f icien tNet - B 0   with   s tatis t ical  v alid atio n   ac r o s s   p air ed   cr o s s - v alid atio n   f o ld s   u n d er   a  f air n ess - d r iv e n   e x p er im en tal  d esig n .   T h ir d ,   it  em p h asizes  clin ically   m ea n in g f u l  ev alu atio n — in clu d in g   p atien t - lev el  v alid atio n ,   s en s itiv ity - f o cu s ed   o p er atin g   p o in ts ,   an d   r o b u s t   co n f id en ce - in ter v al  esti m atio n — to war d   r ea l - wo r l d   C AD  in teg r atio n .   Un lik e  p r io r   in cr e m en tal  co m p ar is o n s ,   th e  n o v elty   o f   th is   wo r k   lie s   in   th is   f air n ess - d r iv en   ex p er im en tal  d esig n   an d   clin ically   o r ien ted   e v alu atio n   p r o to co l  r ath er   th a n   in   p r o p o s in g   a  n ew  n eu r al  a r ch itectu r e.     T h r o u g h   th ese  co n t r ib u tio n s ,   th e  s tu d y   aim s   to   b r id g e  th e  g ap   b etwe en   alg o r ith m ic  ad v an ce s   an d   clin ical  d ep lo y m en t,  en s u r i n g   th at  C AD  s y s tem s   n o t  o n ly   ac h iev e  h ig h   ac cu r ac y   b u t  also   d em o n s tr ate  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op timiz ed   R es N et - 5 0   fr a mew o r k  fo r   ma mmo g r a m - b a s ed   b r ea s t c a n ce r   …   ( Mu h a mma d   S u b a li )   1201   r eliab ilit y ,   in ter p r etab ilit y ,   a n d   ef f icien c y   i n   b r ea s t  ca n ce r   s cr ee n in g .   T h e   r em ain d er   o f   th i s   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo ws.  Sectio n   2   p r esen ts   th e  m ater ials   an d   m eth o d s ,   s ec tio n   3   r ep o r ts   th e  ex p er i m en tal  r esu lts   an d   d is cu s s es th e  f in d in g s ,   an d   s ec tio n   4   co n clu d es th e  s tu d y .       2.   M E T H O D   T h e  o v er all  wo r k f lo w  o f   th e  p r o p o s ed   f r am ewo r k   is   illu s tr ated   in   Fig u r e  1 .   T h e  s y s tem   b e g in s   with   th e  ac q u is itio n   o f   m a m m o g r a m   im ag es  o b tain ed   f r o m   two   p u b lic  b en c h m ar k   d atasets .   T wo   ex p er im e n tal  s ce n ar io s   ar e  c o n s id er ed :   i)   n o r m al  v s .   ab n o r m al   class if icatio n   u s in g   th e   MI AS  d ataset,   an d   ii)   b en ig n   v s .   m alig n an t  class if icatio n   u s in g   th e  C B I S - DDSM  d ataset.   All  im ag es  ar e  s u b jecte d   to   p r ep r o ce s s in g   an d   r e g io n   o f   in ter est   ( R OI )   e x tr ac tio n .   T h is   s tep   in clu d es  g r ay s ca le  co n v er s io n ,   n o is e  s u p p r ess io n   w ith   m ed ian   f ilter in g ,   b r ea s t  b o u n d a r y   d etec tio n ,   r e m o v al  o f   n o n - b r ea s t  s tr u ctu r es  ( e. g . ,   p ec to r al  m u s cle) ,   an d   cr o p p in g   o f   r elev a n t   r eg io n s   o f   in ter est.  Fo r   th e  n o r m al  v s .   ab n o r m al  s ce n ar io ,   th e   R OI   co r r esp o n d s   to   th e  wh o le  b r ea s t a r ea ,   wh ile   f o r   th e  b en ig n   v s .   m alig n a n t scen ar io ,   ca n d id ate  m ass   r eg io n s   ar e  s eg m en ted   a n d   cr o p p e d .   Fo llo win g   R OI   ex tr ac tio n ,   all  im ag es  ar e  s tan d ar d ized   f o r   C NN  in p u t.  Sp ec if ically ,   ea ch   R OI   is   r esized   to   2 2 4 × 2 2 4   p i x els,  c o n v er ted   to   th r ee - ch an n el  R GB ,   an d   n o r m alize d   to   th e   [ 0 ,   1 ]   r an g e.   Data   au g m en tatio n   is   th en   a p p lied   d u r in g   t r ain in g   to   in cr ea s e  v ar iab ilit y   an d   r ed u ce   o v er f itti n g .   T o   a d d r ess   th e   is s u e  o f   class   im b alan ce ,   we   ap p lied   p atien t - lev el  s tr atif i ed   u n d er s am p lin g   with   a   f ix ed   r an d o m   s ee d   to   g en er ate  r e p r o d u cib le  b alan ce d   s p lits .   A  p air ed   5 - f o ld   cr o s s - v alid atio n   d esig n   was  th en   e m p lo y ed ,   en s u r in g   th at  R esNet - 5 0   an d   E f f icien tNet - B 0   wer e  tr ain ed   an d   e v alu ated   o n   id e n tical  d ataset  p ar titi o n s   f o r   a   f air   co m p ar is o n .   I n   th e  f ea tu r e  ex t r ac tio n   s tag e,   two   d ee p   C NN  b ac k b o n es  wer e  co n s id er ed :  R esNet - 5 0   an d   E f f icien tNet - B 0 ,   b o th   p r etr ai n ed - o n   I m ag eNe t.  R esNet - 5 0   em p lo y s   r esid u al  co n n ec tio n s   to   en ab le  s tab le   tr ain in g   o f   d ee p e r   ar ch itectu r e s ,   wh ile  E f f icie n tNet - B 0   lev er ag es  co m p o u n d   s ca lin g   to   b al an ce   d e p th ,   wid th ,   an d   r eso lu tio n .   Fo r   b o th   b ac k b o n es,  th e  o r ig in al  f u lly   c o n n ec ted   class if icatio n   lay er s   wer e  r em o v ed   a n d   r ep lace d   with   a  n ew  d en s e  lay er   f o llo wed   b y   a  So f tMa x   f u n ctio n   to   ad a p t to   th e  b in ar y   class if icatio n   task s .   T h e  class if icatio n   s tag e  o u tp u ts   p r o b ab ilit y   esti m ates  f o r   ea ch   class ,   ag g r eg ated   ac r o s s   5 - f o ld   cr o s s - v alid atio n .   Mo d el  p er f o r m a n ce   was  q u an tifie d   u s in g   m u ltip le  m etr ics,  in clu d in g   ac cu r ac y ,   s en s itiv ity ,   s p ec if icity ,   p r ec is io n ,   F1 - s co r e,   an d   R OC – AUC.  R esu lt s   ar e  r ep o r ted   as  m ea n   ±   s tan d a r d   d ev iatio n   ac r o s s   f o ld s ,   with   9 5 %  co n f id en ce   in ter v als  f o r   R OC – AU C   esti m ated   u s in g   th e  t - d is tr ib u tio n   ac r o s s   f o ld s .   T o   f u r th er   en s u r e  r o b u s tn ess ,   s tatis tical   s ig n if ican ce   o f   p er f o r m an ce   d i f f er en ce s   b etwe e n   R esNet - 5 0   an d   E f f icien tNet - B 0   was  ass ess ed   u s in g   p air e d   Stu d e n t’ s   t - test s   an d   W ilco x o n   s ig n e d - r an k   test s .   T h is   ar ch itectu r e   en ab les  a  r ig o r o u s ,   r e p r o d u ci b le,   an d   s tatis tically   v alid ated   co m p a r is o n   b etwe en   two   r ep r esen tativ e  C NN   f am ilies   ac r o s s   b o th   s cr ee n in g - o r ien ted   ( n o r m al  v s .   ab n o r m a l)   an d   d iag n o s tic - o r ien ted   ( b e n ig n   v s .   m alig n an t)   m am m o g r a m   class if icatio n   task s .   As s u m m ar ized   in   Fig u r e  1 ,   th is   wo r k f lo w  ex p licitly   co m b in es p atien t - lev el  s p litt in g ,   p air ed   cr o s s - v alid atio n ,   an d   h a r m o n ize d   tr ain in g   c o n f ig u r atio n s   to   c o n tr o l  c o m m o n   s o u r ce s   o f   b ias,  wh ich   u n d e r p in s   th e  f air n ess - d r iv en   p er f o r m an ce   c o m p ar is o n s   r ep o r ted   in   th e  r esu lts .           Fig u r e  1 .   W o r k f lo w  o f   th e  p r o p o s ed   m am m o g r am   class if icat io n   f r am ew o r k   u s in g   R esNet - 5 0   an d   E f f icien tNet - B0       2 . 1 .     Da t a s et   T h is   s tu d y   e m p lo y s   two   wi d ely   u s ed   p u b lic  m a m m o g r a m   d atasets .   T h e   MI AS  d ata b ase  [ 3 1 ]   p r o v id es  l o w - r eso lu tio n   m am m o g r am s   a n d   was  u s ed   f o r   t h e  n o r m al  v s .   ab n o r m al  clas s if icatio n   s ce n ar io ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 1 9 9 - 1 2 1 2   1202   co m p r is in g   1 0 7   n o r m al  a n d   8 9   ab n o r m al  ca s es  ( 3 9   b en i g n ,   5 0   m alig n an t) .   I n   co n tr ast ,   th e  C B I S - DDSM   d ataset  [ 3 2 ]   o f f er s   h ig h - r eso l u tio n   m am m o g r am s   an d   was  u s ed   f o r   th e  b en ig n   v s .   m ali g n an t  class if icatio n   s ce n ar io ,   co n tain in g   4 8 1   b e n ig n   a n d   5 2 7   m alig n an t   ca s es.  T h ese  d atasets   r ep r ese n t  co m p lem en tar y   b en ch m ar k s ,   s u p p o r tin g   b o th   s cr ee n in g - o r ien ted   a n d   d iag n o s tic - o r ien ted   ev al u atio n   task s .     2 . 2 .     P re pro ce s s ing   a nd   RO I   e x t ra ct io n   T o   en s u r e  co n s is ten cy   an d   co m p ar ab ilit y   ac r o s s   d atasets ,   w e  ad o p ted   a  s tan d ar d ized   p r e - p r o ce s s in g   p r o to co l  ad ap ted   f r o m   p r i o r   m am m o g r a p h y   C AD  s tu d ies  [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .  As  illu s tr ated   in   Fig u r e  2 ,   all  m am m o g r a m   im ag es  wer e  f ir s t  co n v er ted   to   8 - b it  g r a y s ca le,   h ar m o n izin g   in ten s ity   s ca les  b etwe en   f o r m ats.  No is e  s u p p r ess io n   was  p er f o r m ed   u s in g   a  3 ×3   m ed ian   f ilter ,   wh ich   ef f ec tiv ely   r e d u ce s   s alt - an d - p e p p er   n o is e  with o u t  b lu r r i n g   lesi o n   b o u n d ar ies.   Fo r   b r ea s t  r eg io n   s eg m e n tatio n ,   g lo b al  th r esh o ld i n g   ( i n ten s ity   lev el  f ix ed   at  0 . 0 8   af ter   m ed ian   f ilter in g )   was  ap p lied   to   s ep ar ate  f o r e g r o u n d   tis s u e  f r o m   th e  b ac k g r o u n d .   T h e  r esu ltin g   b in ar y   m ask   was  r ef in ed   th r o u g h   h o le  f illi n g ,   r em o v al  o f   s m all  s p u r io u s   co m p o n en ts ,   an d   m o r p h o lo g ical  o p en in g   with   a  d is k   s tr u ctu r i n g   elem en t.  T h e  lar g est  co n n ec ted   co m p o n en t  to u c h in g   th e  im ag e  b o r d er   was   th en   id en tifie d ,   a n d   its   b o u n d i n g   b o x   was  u s ed   to   au to m atic ally   cr o p   th e  b r ea s t  r eg io n ,   p r o d u cin g   th e  R OI – b r ea s t  ar ea .   T h is   p r o ce d u r e  is   cr itical  f o r   th e  n o r m al  v s .   ab n o r m al  class if icatio n   s ce n ar io ,   as  it  en s u r es  th at  o n ly   r elev a n t b r ea s t tis s u e  is   an aly ze d   wh ile  ex cl u d in g   b ac k g r o u n d   ar tifa cts.   B ec au s e  n o n - b r ea s t  s tr u ctu r es,  p ar ticu lar ly   th e   p ec to r al   m u s cle,   m ay   in ter f er e  with   lesi o n   an aly s is ,   th ey   wer e   r em o v ed   u s in g   an   ed g e -   an d   lin e - b ased   d etec tio n   s tr ateg y .   C an n y   ed g e  d etec tio n   f o llo wed   b y   a   Ho u g h   tr a n s f o r m   co n s tr ain ed   to   o b liq u e  o r ien tatio n s   ( 2 0 ° – 7 0 °)  was  ap p lied   in   th e  u p p er   co r n er   r e g io n ;  th e   d etec ted   lin e  d e f in ed   a   tr ian g u lar   m ask   co v er in g   th e  p ec to r al  ar ea ,   wh ich   was  s lig h tly   d i lated   to   en s u r e   f u ll   s u p p r ess io n .   T h is   m ask i n g   s te p   was  ap p lied   r eg a r d less   o f   p r o jectio n   to   m in im ize  t h e  ch a n ce   o f   b r i g h t  n o n - p ar en ch y m al  s tr u ctu r es  b ein g   m is in ter p r eted   as  s u s p icio u s   m ass es.   Fo r   m ass   s eg m en tatio n   with in   t h e  cr o p p e d   R OI ,   a  h is to g r am - g u id ed   th r esh o ld in g   a p p r o ac h   was  u s ed   to   h ig h lig h t  d e n s e  r eg io n s .   T h e  th r esh o l d   was  d er iv ed   ad ap tiv el y   f r o m   th e   d o m i n an t  p ea k   in   th e  i n ten s ity   d is tr ib u tio n ,   f o llo wed   b y   m o r p h o lo g ical   r ef in em en t  ( d ilatio n ,   er o s io n ,   h o le  f illi n g ,   an d   ar ea   o p en i n g ) .   C an d id ate  b lo b s   wer e  f u r th er   f ilter ed   u s in g   s h ap e  d escr ip to r s   ( cir cu lar ity ,   s o lid ity ,   ex te n t)   an d   lo ca ti o n   r u les  to   r ejec t  el o n g ate d   o r   co r n er - t o u ch in g   ar tifa cts.  T h e  s u r v iv in g   b lo b s   wer e  en clo s ed   b y   b o u n d in g   b o x es  an d   cr o p p e d   to   p r o d u ce   R OI – Ma s s   p atch es,  wh ich   s er v ed   as th e  in p u t f o r   t h e  b en ig n   v s .   m alig n an t c lass if icatio n   task .   I n   s u m m ar y ,   th e  p r e - p r o ce s s in g   p ip elin e  co m b in es  class ica l  im ag e  p r o ce s s in g   tech n iq u e s — m ed ian   f ilter in g ,   th r esh o ld in g ,   m o r p h o lo g ical  an aly s is ,   an d   ed g e - b a s ed   m ask in g — with   task - s p ec if ic  R OI   ex tr ac tio n .   Fo llo win g   p r io r   wo r k s   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] ,   we  tailo r ed   th e  R OI   d ef in itio n   to   th e  class if icatio n   s c en ar io :  b r ea s t  ar ea   R OI s   f o r   n o r m al  v s .   ab n o r m al  an d   m ass   R OI s   f o r   b en ig n   v s .   m alig n a n t .   T h is   tailo r ed   R OI   s tr ateg y ,   s u m m ar ized   in   Fig u r e  2 ,   co n c en tr ates le ar n in g   o n   clin ically   r elev an t b r ea s t tis s u e  an d   co n tr ib u tes to   th e  s tab le   R OC – AU C   v alu es r ep o r ted   in   T ab le  1 ,   p ar ticu lar ly   f o r   t h e  m o r e  ch allen g in g   b en ig n   v s .   m alig n an t ta s k .           Fig u r e  2 .   Pre - p r o ce s s in g   p i p elin e  f o r   m am m o g r am   R OI   ex tr ac tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op timiz ed   R es N et - 5 0   fr a mew o r k  fo r   ma mmo g r a m - b a s ed   b r ea s t c a n ce r   …   ( Mu h a mma d   S u b a li )   1203   T ab le  1 .  C r o s s - v alid atio n   p er f o r m an ce   ( m ea n   ±   SD ; 9 5 % C I )   Ta sk   M o d e l   LR   Ep   A C C   S e n s   S p e c   P r e c   F1   AUC   ( mea n   ±   S D )   9 5 %  C I   ( A U C )   N o r mal   v s .   A b n o r ma l   ( M I A S )   R e sN e t - 50   0 . 0 0 0 1   30   0 . 8 9 3   ±   0 . 0 3 0   0 . 9 2 2   ±   0 . 0 4 9   0 . 8 6 5   ±   0 . 0 5 1   0 . 8 7 4   ±   0 . 0 4 2   0 . 8 9 6   ±   0 . 0 2 9   0 . 9 5 9   ±   0 . 0 2 7   0 . 9 2 5 – 0 . 9 9 3   E f f i c i e n t N e t - B0   0 . 0 0 1   30   0 . 8 9 9   ±   0 . 0 3 1   0 . 8 8 8   ±   0 . 0 6 8   0 . 9 0 9   ±   0 . 0 9 8   0 . 9 1 8   ±   0 . 0 8 0   0 . 8 9 9   ±   0 . 0 2 9   0 . 9 8 1   ±   0 . 0 1 7   0 . 9 6 0 – 1 . 0 0 0   B e n i g n   v s .   M a l i g n a n t   ( C B I S - D D S M )   R e sN e t - 50   0 . 0 0 1   15   0 . 8 3 3   ±   0 . 0 2 3   0 . 8 3 8   ±   0 . 0 6 8   0 . 8 2 7   ±   0 . 0 4 0   0 . 8 3 1   ±   0 . 0 2 5   0 . 8 3 3   ±   0 . 0 2 9   0 . 9 1 5   ±   0 . 0 1 3   0 . 8 9 9 – 0 . 9 3 1   Ef f i c i e n t N e t - B0   0 . 0 0 0 1   30   0 . 8 0 3   ±   0 . 0 1 9   0 . 8 3 8   ±   0 . 0 4 6   0 . 7 6 7   ±   0 . 0 5 2   0 . 7 8 4   ±   0 . 0 3 4   0 . 8 0 9   ±   0 . 0 1 9   0 . 9 0 2   ±   0 . 0 1 6   0 . 8 8 2 – 0 . 9 2 2   N o t e :   9 5 %  C I s v i a   t - d i s t r i b u t i o n   a c r o s s fo l d s ( p a i r e d   5 - f o l d   C V ) .   L R   =   L e a r n i n g   R a t e ;   Ep   =   Ep o c h s ;   A C C   =   A c c u r a c y ;     S e n s  =   S e n s i t i v i t y ;   S p e c   =   S p e c i f i c i t y ;   P r e c   =   P r e c i s i o n ;   F 1   =   F 1 - s c o r e ;   A U C   =   R O C – AUC       2 . 3 .     Aug m ent a t io n    Af ter   R OI   ex tr ac tio n ,   th e  im ag es  wer e  s tan d ar d ized   f o r   C NN  in p u t,  as  s h o wn   in   Fig u r e  3 .   All  R OI s   wer e  r esized   to   2 2 4 ×2 2 4   p ix els  to   m atch   th e  in p u t  r eso lu tio n   r eq u ir ed   b y   R esNet - 5 0   an d   E f f icien tNet - B 0 ,   b o th   p r etr ain e d - o n   I m ag eNe t.   Pix el  in ten s ity   n o r m aliza tio n   was  ap p lied   b y   c o n v e r tin g   g r ay s ca le  im ag es  to   th r ee - ch an n el  R GB   an d   s ca lin g   p ix el   v alu es  to   th e   [ 0 ,   1 ]   r a n g e,   th e r eb y   alig n in g   th e   in p u t  d is tr ib u tio n   with   th at  ex p ec ted   b y   th e  p r etr ain e d   weig h ts   an d   f a cilitatin g   ef f e ctiv e  tr an s f er   lear n in g .           Fig u r e  3 .   R OI   s tan d ar d izatio n   an d   au g m en tatio n   w o r k f l o w       T o   f u r th er   im p r o v e  r o b u s tn es s   an d   r e d u ce   o v er f itti n g ,   d ata   au g m e n tatio n   was  in co r p o r at ed   d u r in g   tr ain in g .   T h e  ap p lied   tr an s f o r m atio n s   in clu d ed   r an d o m   r o ta tio n s   with in   ± 1 5 °,  r an d o m   h o r izo n tal  r ef lectio n s   ( f lip s ) ,   r an d o m   s ca lin g   b etwe en   9 0 %  an d   1 1 0 %,  an d   r an d o m   tr an s latio n s   u p   to   ± 8   p ix els  in   b o th   h o r izo n tal  an d   v er tical  d ir ec tio n s .   T h e s e  au g m en tatio n s   s im u late  r ea lis tic  v ar iab ilit y   in   b r ea s t  p o s itio n in g   an d   ac q u is itio n   s ettin g s ,   th er eb y   en r ich in g   th e  d iv er s ity   o f   tr ain in g   s am p les  with o u t  alter in g   th e  u n d e r ly in g   p ath o lo g y .   Similar   au g m en tati o n   s tr ateg ies  h av e  b ee n   s u cc e s s f u lly   em p lo y ed   in   r ec e n t  m am m o g r a p h y   C AD  s tu d ies  [ 6 ] ,   [ 7 ] .   T h is   co m p r e h en s iv e  au g m en t atio n   p ip elin e  e n s u r ed   t h at  th e   C NN  m o d els  r ec eiv ed   co n s is ten t,  h ig h - q u ality   in p u ts   ac r o s s   b o t h   d at asets   an d   class if icatio n   s ce n ar io s ,   en ab lin g   a  f ai r   an d   r e p r o d u cib le  co m p ar is o n   b etwe en   R esNet - 5 0   an d   E f f i cien tNet - B 0 .   I n   p r ac tice,   t h is   s tan d ar d ized   i n p u t   an d   au g m en tatio n   s tr ateg y   s u p p o r ted   th e  r elativ ely   n ar r o w  co n f id e n ce   in ter v als  an d   co n s is ten t  f o ld - wis e  p er f o r m an ce   o b s er v e d   in     T ab le  1 ,   esp ec ially   o n   th e  s m a ller   MI AS d ataset.     2 . 4 .     Cla s s   ba la ncing   a nd   ex perim ent a l desig n   T o   ad d r ess   class   im b alan ce   in   b o th   MI AS  ( n o r m al  v s .   ab n o r m al)   an d   C B I S - DDSM  ( b en ig n   v s .   m alig n an t) ,   we  ap p lied   p ati en t - lev el  s tr atif ied   u n d e r s am p lin g   with   a  f ix ed   r an d o m   s ee d   to   g en er ate   r ep r o d u cib le,   b alan ce d   s p lits .   Mo d el  ev alu atio n   f o llo wed   a  p air ed   5 - f o l d   cr o s s - v alid atio n   p r o t o co l,  i n   wh ich   R esNet - 5 0   an d   E f f icien tNet - B 0   s h ar ed   id en tical  tr ain – test   p ar titi o n s   f o r   a  f ai r ,   h ea d - to - h ea d   c o m p ar is o n .   E ac h   f o ld   co m p r is ed   f o u r   p ar titi o n s   f o r   tr ain in g   an d   o n e  f o r   test in g ,   en s u r in g   th at  ev er y   ca s e  was  ev alu ated   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 1 9 9 - 1 2 1 2   1204   ex ac tly   o n ce   i n   th e   test   r o le.   T h is   p air ed   d esig n   r ed u c ed   s am p lin g   b ias   an d   allo w ed   d ir ec t   s tatis tical   co m p ar is o n   b etwe en   th e  two   b ac k b o n es.   Mo d el  p er f o r m an ce   was  r ep o r ted   as  m ea n   ±   s tan d ar d   d ev i atio n   ac r o s s   f o ld s ,   with   9 5 %  co n f id en ce   in ter v als  f o r   R OC – AUC  esti m ated   u s in g   th e  t - d is tr ib u tio n .   T h is   ex p er im e n tal  s etu p   en s u r ed   r e p r o d u cib ilit y   an d   p r o v i d ed   s tatis tically   r o b u s t  co n clu s io n s   f o r   b o th   s cr ee n in g - o r ien ted   ( n o r m al   v s .   ab n o r m al)   a n d   d iag n o s tic - o r ien te d   ( b e n ig n   v s .   m alig n an t)   class if icatio n   task s .     2 . 5 .     M o del  a rc hite ct ures    T h is   s tu d y   co m p ar es  two   wid ely   u s ed   C NN  b ac k b o n es ,  R e s Net - 5 0   an d   E f f icien tNet - B0 ,  p r etr ain e d   o n   I m ag eNe t  an d   ad a p ted   f o r   b in ar y   m am m o g r a m   class if ica tio n .   T o   en s u r e  a  co n tr o lled   an d   f air   co m p a r is o n ,   b o th   b ac k b o n es  ar e  u s ed   as  f i x ed   f ea tu r e  ex tr ac to r s :  th e  p r e tr ain ed   weig h ts   ar e  f r o ze n ,   an d   a  s in g le,   id e n tical,   m in im al  class if ier   h ea d   is   attac h ed   to   ea ch   b ac k b o n e.   T h is   h ea d   m ap s   ex tr ac ted   f ea tu r es  to   two   o u tp u t  class es   an d   is   f o llo wed   b y   a  So f tMa x   to   p r o d u ce   p r o b ab ilit y   esti m ates.  B y   h o ld in g   th e  b ac k b o n e  p ar am eter s   co n s tan t  an d   u s in g   t h e  s am e  lig h tweig h t  h ea d ,   we  is o late  ar c h itectu r al  d if f er en ce s :  r esid u al  c o n n e ctio n s   in   R esNet - 50  v er s u s   co m p o u n d   s ca lin g   in   E f f icien tNet - B0 — with o u t  co n f o u n d in g   e f f ec ts   f r o m   class if ier   co m p lex ity   o r   tu n in g   d ep th .   Fro m   a   r e p r ese n t ati o n al   s t an d p o i n t ,   R esNet - 5 0   le v e r a g es   r esi d u al   c o n n ec ti o n s   t o   s ta b i liz e   i n f o r m at io n   f l o w   i n   d ee p e r   s t ac k s ,   en a b li n g   r o b u s t  f e at u r e   e x t r a cti o n   ev en   w it h   li m it ed   d a ta   [ 3 3 ] .  E f f icien tNet - B 0 ,   in   co n tr ast,  ap p lies   co m p o u n d   s ca lin g   ac r o s s   d ep th ,   wid th ,   an d   r eso lu tio n   u s in g   MBC o n v   b lo ck s ,   y ield in g   an   ef f icien t  ac cu r ac y – p e r f o r m an ce   tr ad e - o f f   [ 3 4 ] .   Op tim izati o n   was  in ten tio n ally   co n s er v ativ e  to   p r io r itize   r ep r o d u cib ilit y .   W e  em p lo y ed   th e  Ad am   o p tim izer   with   ea r ly   s to p p in g   a n d   ex p lo r ed   a  co m p ac t   h y p er p ar am eter   g r i d   ( lear n in g   r ates  ∈   {1 e - 3 ,   1 e - 4 };   ep o c h s   ∈   { 1 5 ,   3 0 } ) .   U n less   o th er wi s e  n o ted ,   s ec tio n   3   r ep o r ts   th e  b est - p e r f o r m in g   c o n f ig u r atio n   f o r   ea ch   b ac k b o n e  an d   d ataset.   Fo r   clar ity ,   T ab le   2   s u m m a r izes  th e  k ey   ar ch itectu r al   an d   tr ai n in g   s ettin g s ,   h ig h lig h tin g   th e   s y m m etr y   b etwe en   th e  two   p ip elin es — id en tical  class if ier   h ea d s ,   f r o ze n   b ac k b o n es,  s h ar ed   o p tim izer   an d   s to p p in g   cr iter ia,   an d   a  co m p ac t  h y p er p ar am eter   s ea r c h   s p ac e — th er eb y   en s u r in g   a  clea n   ar ch itectu r al   co m p ar is o n .       T ab le  2 .  Ar c h itectu r al  an d   tr ain in g   s ettin g s   o f   R esNet - 5 0   an d   E f f icien tNet - B 0   f o r   m am m o g r am   class if icatio n   A sp e c t   R e sN e t - 50   Ef f i c i e n t N e t - B0   P r e t r a i n i n g   I mag e N e t   I mag e N e t   B a c k b o n e   r o l e   F r o z e n   b a c k b o n e   ( f i x e d   f e a t u r e   e x t r a c t o r )   F r o z e n   b a c k b o n e   ( f i x e d   f e a t u r e   e x t r a c t o r )   C l a s si f i e r   h e a d   M i n i m a l   l i n e a r   l a y e r   →  S o f t M a x   ( 2   c l a sses)   M i n i m a l   l i n e a r   l a y e r   →  S o f t M a x   ( 2   c l a sses)   K e y   a r c h i t e c t u r a l   t r a i t   R e si d u a l   c o n n e c t i o n s fo r   st a b l e   d e e p   t r a i n i n g   C o m p o u n d   sc a l i n g   w i t h   M B C o n v   b l o c k s   O p t i mi z e r   a n d   c o n t r o l   A d a m ;   e a r l y   st o p p i n g   ( b e st   v a l i d a t i o n   l o ss re t a i n e d )   A d a m ;   e a r l y   st o p p i n g   ( b e st   v a l i d a t i o n   l o ss re t a i n e d )   H y p e r p a r a me t e r s  t e s t e d   Le a r n i n g   r a t e s { 1 e - 3 ,   1 e - 4 };   e p o c h s   { 1 5 ,   3 0 }   Le a r n i n g   r a t e s { 1 e - 3 ,   1 e - 4 };   e p o c h s   { 1 5 ,   3 0 }       2 . 6 .     E v a lua t i o n  m et rics   Mo d el  p er f o r m a n ce   was  ass ess ed   u s in g   a  co m p r eh en s iv e  s et  o f   s tan d ar d   class if icatio n   m etr ics   wid ely   ad o p ted   in   m ed ical  im ag in g .   T h ese  in clu d e d   o v er all  ac cu r ac y   ( AC C ) ,   wh ich   m ea s u r es  th e  p r o p o r tio n   o f   co r r ec tly   class if ied   s am p les,  s en s itiv ity   ( r ec all) ,   wh ic h   q u an tifie s   th e  a b ilit y   to   co r r ec t ly   id en tify   p o s itiv e   ca s es  s u ch   as  ab n o r m al   o r   m alig n an t  lesi o n s ,   s p ec if icity   ( Sp ec ) ,   wh ich   ca p tu r es  th e  ab ilit y   to   c o r r ec tl y   id en tify   n eg ativ e  ca s es  ( n o r m al  o r   b en ig n ) ,   p r ec is io n   ( Pre c) ,   wh ich   m ea s u r es  th e   p r o p o r ti o n   o f   tr u e  p o s itiv es  am o n g   all  p r ed icted   p o s itiv es,  an d   th e  F1 - s co r e,   d ef i n ed   as th e  h ar m o n ic  m ea n   o f   p r ec is io n   an d   r ec all.   I n   ad d itio n ,   th e  r ec eiv e r   o p er atin g   ch ar ac ter is tic  ar ea   u n d e r   th e  cu r v e  ( R OC – AUC)  wa s   co m p u ted   f r o m   p r ed icted   class   p r o b a b ilit ies  to   q u an tify   r an k i n g   p er f o r m an ce   ( i.e . ,   th e  p r o b a b ilit y   th at  a  r an d o m l y   ch o s en   p o s itiv e  s am p le  is   r a n k ed   h ig h e r   th a n   a   n eg ativ e   o n e) .   R OC   cu r v es  wer e   g e n er ated ,   a n d   m ea n     R OC – AU C   v alu es  ar e  r ep o r ted   to g et h er   with   9 5 %  co n f id en ce   in ter v als  ( C I )   ac r o s s   f o ld s   u s in g   th e     t - d is tr ib u tio n .   All  o th er   m etr i cs  ( AC C ,   Sen s ,   Sp ec ,   Pre c,   an d   F1 )   wer e  d er iv ed   f r o m   f o ld - wis e  co n f u s io n   m atr ices  an d   ar e  s u m m a r ized   as  m ea n   ±   s tan d ar d   d ev iatio n   ac r o s s   f o ld s .   T h is   co m b i n atio n   o f   m etr ics  en s u r ed   a  co m p r eh e n s iv e  ev alu atio n   o f   b o th   o v er all  class if icatio n   ac cu r ac y   an d   clin ically   cr itical  p er f o r m a n ce   d im en s io n s ,   with   p ar ticu lar   e m p h asis   o n   s en s itiv ity   f o r   s c r ee n in g   s ce n ar io s   a n d   s p ec if i city   f o r   d iag n o s tic  co n tex ts .     2 . 7 .     St a t is t ica l  a na ly s is   T o   v er i f y   wh et h er   th e   p er f o r m an ce   d if f er en ce s   b etwe en   R esNet - 5 0   an d   E f f icien tNe t - B 0   wer e  s tatis t ically   m ea n in g f u l,   we  p er f o r m e d   p air e d   h y p o th esis   test in g   at  th e  f o ld   le v el,   en s u r in g   d ir ec t   co m p a r is o n   ac r o s s   id en tical  d ata   p ar titi o n s .   Fo r   ea ch   lear n i n g - r ate   ×  e p o ch   c o n f ig u r atio n   in   t h e  c o m p ac t  g r id ,   f o ld - wis e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op timiz ed   R es N et - 5 0   fr a mew o r k  fo r   ma mmo g r a m - b a s ed   b r ea s t c a n ce r   …   ( Mu h a mma d   S u b a li )   1205   m etr ic  v alu es  ( ac cu r ac y ,   F1 - s co r e ,  s en s itiv ity ,   s p ec if icity ,   an d   R OC – AUC)  f r o m   b o th   m o d els  wer e  co m p a r ed   u s in g   a  p air ed   Stu d en t’ s   t - tes t;  to   ac co m m o d ate  p o ten tial  n o n - n o r m ality ,   a  W ilco x o n   s ig n ed - r an k   test   was  also   ap p lied .   Statis tical  s ig n if i ca n ce   was  s et  at  p   <  0 . 0 5 .   I n   ad d itio n   to   r ep o r tin g   m ea n   ±   s tan d ar d   d ev iatio n ,   9 5 %  co n f id en ce   in ter v als  f o r   R OC – AUC   wer e  co m p u ted   u s in g   th e   t - d is tr ib u tio n   ac r o s s   f o ld s .   T h is   d u al - test in g   f r am ewo r k   e n s u r es  th at  p er f o r m an ce   d if f er e n ce s   ar e  s tatis tically   v alid ated   r ath er   th an   p u r el y   d escr ip tiv e.       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     Cro s s - v a lid a t io n per f o rm a n ce   Al l  r e s u l t s   r ep o r ted   h er e   w e r e  o b ta in ed   u n d er   th e  s tan d ar d i ze d   au g m en ta tio n   an d   p at ien t - l ev e l   s t r a tif ied   u n d er s a m p l in g   p r o to co l  d e s cr ib ed   in   s e ct io n   2 ,   wi th   p a ir ed   5 - f o ld   cr o s s - v al id a tio n   en s u r in g   id en ti ca l  p ar t it io n s   ac r o s s   b ac k b o n e s .   Am o n g   th e  te s ted   co n f ig u r at io n s   ( L R   ∈   { 1e - 3 ,   1 e - 4 },   ep o ch s   ∈   {1 5 ,   3 0 }) ,   w e  r ep o r t   th e  b e s t - p er f o r m in g   s e tu p   f o r   e ac h   b a ck b o n e  an d   d at a s e t  to   p r o v id e   a   b es t - c as e   co m p ar i s o n   an d   en s u r e  co n c i s e  p r e s en ta ti o n   o f   r e s u l t s .   T ab l e  1   p r e s en t s   th e  cr o s s - v al id a t io n   r e s u lt s   o f   R es Ne t - 5 0   an d   E f f i ci en t Ne t - B 0   ac r o s s   t h e  t wo   b en ch m ar k   t as k s :   n o r m a l   v s .   ab n o r m al   ( M I A S)   an d   b en ig n   v s .   m a lig n an t   ( C B I S - DD S M) .   On   M I A S,   E f f i ci en t Ne t - B 0   ac h ie v ed   a  m ea n   R O C – A U C   o f   0 . 9 8 1   ±   0 . 0 1 7   ( 9 5 %  C I :  0 . 9 6 0 − 1 . 0 0 0 ) ,   h ig h er   th an   0 . 9 5 9   ±   0 . 0 2 7   ( 9 5 %  C I :  0 . 9 2 5 − 0 . 9 9 3 )   f o r   R e s Ne t - 5 0 .   B ey o n d   R O C – A U C ,   E f f i ci en t Ne t - B 0   a ls o   o u tp er f o r m ed   R e s N et - 5 0   in   ac c u r a cy   ( 0 . 8 9 9   v s .   0 . 8 9 3 ) ,   s p ec if ici ty   ( 0 . 9 0 9   v s .   0 . 8 6 5 ) ,   p r ec is io n   ( 0 . 9 1 8   v s .   0 . 8 7 4 ) ,   an d   F1 - s co r e  ( 0 . 8 9 9   v s .   0 . 8 9 6 ) .   R e s Ne t - 5 0   s h o we d   s l i g h tly   h ig h er   m ea n   s en s it iv ity   in   i t s   b e s t   co n f i g u r at io n   ( 0 . 9 2 2   v s .   0 . 8 8 8 ) ,   al th o u g h   th i s   d if f er en ce   w as   n o t  s t at i s t ic al ly   s i g n if ic an t .   As  s h o wn   in   Fig u r e s   4 ( a)   an d   4 ( b ) ,   AUC  v ar ies  s y s tem atica lly   with   th e  L R – ep o c h   co m b in atio n :   E f f icien tNet - B 0   b en ef its   f r o m   lo n g er   tr ai n in g   at  a  h i g h e r   L R   ( 1 e - 3 ,   3 0   ep o ch s ) ,   r ea c h in g   0 . 9 8 1   ±   0 . 0 1 7 ,   wh er ea s   R esNet - 5 0   p ea k s   at  a   lo wer   L R   with   lo n g er   tr ain in g   ( 1 e - 4 ,   3 0   ep o ch s )   at  0 . 9 5 9   ±   0 . 0 2 7 .   T h e   lar g er   er r o r   b ar s   f o r   s o m e  E f f icien tNet - B 0   s ettin g s   in d icate   h ig h er   f o ld - to - f o ld   v a r iab ilit y ,   b u t its   p ea k   co n f i g u r atio n   s till   o u tp er f o r m s   R esNet - 5 0   o n   MI AS,  alig n in g   with   T ab le  1 .   Fig u r e s   5 ( a )   a n d   5 ( b )   s h o w  th e  R OC   cu r v es  f o r   th e  b est co n f ig u r atio n s .   Fo r   C B I S - DDSM,   p er f o r m an ce   m ar g in s   wer e  n ar r o wer .   R esNet - 5 0   o b tain ed   a  m ea n   R OC – AUC  o f   0 . 9 1 5   ±   0 . 0 1 3   ( 9 5 %  C I :  0 . 8 9 9 − 0 . 9 3 1 ) ,   s lig h tly   ab o v e   E f f ic ien tNet - B 0   at  0 . 9 0 2   ±   0 . 0 1 6   ( 9 5 %  C I :  0 . 8 8 2 – 0 . 9 2 2 ) ,   with   e q u al  s en s itiv ity   ( b o th   0 . 8 3 8 ) .   E f f icien tNet - B 0   r em ain ed   c o m p etitiv e  o n   ac cu r ac y   ( 0 . 8 0 3 ) ,   p r ec is io n   ( 0 . 7 8 4 ) ,   a n d   F1 - s co r e  ( 0 . 8 0 9 ) ,   th o u g h   tr ailin g   s lig h tly .   Fig u r es  5 ( a)   a n d   5 ( b )   illu s tr ate  th e  im p ac t  o f   lear n in g   r ate  a n d   t r ain in g   ep o ch s   o n   R OC – AUC  f o r   C B I S - DDSM:  R e s Net - 5 0   is   b est  at  1 e - 3 ,   1 5   e p o ch s   ( lo n g er   tr ain in g   s lig h tly   d e g r a d es  p er f o r m an c e) ,   wh ile  E f f ic ien tNet - B 0   p r ef er s   1 e - 4 ,   3 0   e p o ch s .   Fig u r e s   7 ( a)   an d   7 ( b )   p r esen t   th e  R OC   cu r v es f o r   th e  b est co n f ig u r atio n s ,   h ig h lig h tin g   th e  r elativ ely   s tab le  y et  o v er lap p i n g   p er f o r m an ce   tr e n d s .             Fig u r e  4 .   C o m p a r is o n   o f   m ea n   R OC – AU C   ( ±   SD)   o v er   p air e d   5 - f o ld   cr o s s - v alid atio n   o n   M I AS    ( n o r m al  v s .   ab n o r m al)   f o r   R esNet - 5 0   ( lef t)   a n d   E f f icien tNet - B 0   ( r ig h t)   u n d er   f o u r   h y p er p a r am eter   s ettin g s :  L R   ∈   {1 e - 3 ,   1 e - 4}   a n d   ep o ch s   ∈   {1 5 ,   3 0 }       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 1 9 9 - 1 2 1 2   1206     ( a)     ( b )     Fig u r e  5 .   R OC   cu r v es ( m ea n   ±   SD; p air ed ,   p atien t - le v el  5 - f o ld   C V)   f o r   th e   b est - p er f o r m i n g   co n f ig u r atio n s   o n   MI AS ( n o r m al  v s .   a b n o r m al) :  ( a)   R esNet - 5 0 ,   L R   =  1 e - 4 ,   3 0   ep o ch s ; ( b )   E f f icien tNet - B 0 ,   L R   =  1 e - 3 ,   3 0   ep o ch s .   So lid   lin es sh o w  th e  m ea n ; sh ad ed   b an d s   d e n o te  ± 1   SD.  9 5 % C I s   f o r   AUC ar e  r ep o r ted   in   T a b le  1           Fig u r e  6.   C o m p a r is o n   o f   m ea n   R OC – AU C   ( ±   SD)   o v er   p air e d   5 - f o ld   cr o s s - v alid atio n   o n   C B I S - DDSM   ( b en ig n   v s .   m alig n a n t )   f o r   R esNet - 5 0   ( lef t)   a n d   E f f icien tNet - B 0   ( r ig h t)   u n d er   f o u r   h y p er p a r am eter   s ettin g s :  L R   ∈   {1 e - 3 ,   1 e - 4 }  a n d   ep o ch s   ∈   {1 5 ,   3 0 }         ( a)     ( b )     Fig u r e  7 .   R OC   cu r v es ( m ea n   ±   SD; p air ed ,   p atien t - le v el  5 - f o ld   C V)   f o r   th e   b est - p er f o r m i n g   co n f ig u r atio n s   o n   C B I S - DD SM  ( b en ig n   v s .   m ali g n an t) : ( a )   R esNet - 5 0 ,   L R   =  1 e - 3 ,   1 5   ep o c h s ; ( b )   E f f icien tN et - B 0 ,   L R   =  1 e - 4 ,   3 0   ep o ch s .   So lid   lin es sh o w  th e  m ea n ;   s h ad ed   b an d s   d en o te  ± 1   SD.  9 5 % C I s   f o r   AUC ar e  r ep o r ted   in   T ab le  1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op timiz ed   R es N et - 5 0   fr a mew o r k  fo r   ma mmo g r a m - b a s ed   b r ea s t c a n ce r   …   ( Mu h a mma d   S u b a li )   1207   3 . 2 .     St a t is t ica l  s ig nifica nce  a na ly s is   T o   v er i f y   wh et h er   th e   p er f o r m an ce   d if f er en ce s   b etwe en   R esNet - 5 0   an d   E f f icien tNe t - B 0   wer e  s tatis t ically   m ea n in g f u l,  we   a p p lied   b o th   p air e d   Stu d e n t’ s   t - test s   an d   W ilco x o n   s ig n ed - r a n k   test s   ac r o s s   th e     5 - f o ld   c r o s s - v alid atio n .   T h ese  co m p lem en tar y   test s   ac co u n t f o r   th e  d ep e n d en c y   o f   p ai r ed   f o ld s   an d   r ed u ce   th e   r is k   o f   b ias  ca u s ed   b y   n o n - n o r m al  m etr ic  d is tr ib u tio n s .   Statis tical  test in g   was  p er f o r m ed   u n d er   an   id e n tical   LR – ep o ch   s ettin g   f o r   b o th   b ac k b o n es,  s elec ted   as  th e  b est  s h ar ed   co n f ig u r atio n   p e r   d ataset  f r o m   th e  h y p er p ar am eter   g r i d   in   s ec tio n   2 . 5   ( s ee   T ab le  2 ) .   W h ile  T ab le  1   r ep o r ts   th e  b est - p er f o r m i n g   co n f ig u r atio n   f o r   ea ch   b ac k b o n e,   T ab le  3   p r o v i d es  a  co n tr o lled   s am e - s ettin g   p air ed   co m p a r is o n   ( f o l d - wis e,   s am e - s ettin g ;  th u s ,   Δ   Me an   v alu es  a r e  n o t  d er iv ed   f r o m   T ab le  1 )   t o   ass ess   wh eth er   th e   o b s er v ed   d if f er e n ce s   ar e  s tatis tically   m ea n in g f u l u n d er   id e n tical  tr ain in g   co n d itio n s .   As  s u m m ar ized   in   T ab le  3 ,   o n   th e  MI AS  d ataset  ( n o r m al  v s .   ab n o r m al) ,   E f f icien tNet - B 0   d em o n s tr ated   s m all  b u t   s tatis ti ca lly   s ig n if ican t  im p r o v em en t s   o v er   R esNet - 5 0   in   ac c u r ac y   ( Δ   Me an   =   +0 . 0 4 5 ,   p   =   0 . 0 1 6 ) ,   F1 - s co r e  ( Δ   Me an   =  +0 . 0 4 8 ,   p   =   0 . 0 1 9 ) ,   a n d   R OC – AUC  ( Δ   Me an   =  + 0 . 0 2 7 ,   p   =  0 . 0 3 6 )   b y   p air ed   t - test ,   wh ile  th e  W ilco x o n   s ig n ed - r a n k   test   d id   n o t  r ea ch   s ig n if ican ce   ( p   =  0 . 0 6 6 ) .   Sen s itiv ity   an d   s p ec if icity   also   s h o wed   p o s itiv e  g ain s   ( Δ   Me an   =  +0 . 0 5 6   an d   Δ   Me an   =  +0 . 0 3 3 ,   r esp ec tiv ely ) ,   b u t  th ese  d if f er en ce s   wer e  n o t  s tatis tically   s ig n if ican t  ( p   >  0 . 0 5 ) .   T h is   in d icate s   th at  E f f icien tNet - B 0   p r o v id es  m o r e  r eliab le  o v er all  d is cr im in atio n   o n   MI AS,  p ar t icu lar ly   in   ter m s   o f   b alan ce d   p er f o r m an ce   ( AC C ,   F1 )   an d   p r o b a b ilit y   r an k in g   ( AUC).       T ab le  3.   Statis tical  s ig n if ican ce   test in g   o f   R esNet - 5 0   v er s u s   E f f icien tNet - B 0   ac r o s s   cr o s s - v alid atio n   f o l d s   u s in g   p air ed   t - test   an d   W ilco x o n   s ig n ed - r an k   test   Ta sk / M e t r i c   Δ M e a n   ( Ef f B 0   –   R e sN e t 5 0 )   t - t e s t   ( p )   W i l c o x o n   ( p )   S i g n i f i c a n c e   N o r mal   v s .   A b n o r ma l   ( M I A S )           A c c u r a c y   + 0 . 0 4 5   0 . 0 1 6   0 . 0 6 6   p   <   0 . 0 5   ( t )   F1 - sc o r e   + 0 . 0 4 8   0 . 0 1 9   0 . 0 6 8   p   <   0 . 0 5   ( t )   S e n s i t i v i t y   ( R e c a l l )   + 0 . 0 56   0 . 2 2 6   0 . 1 4 4   n . s.   S p e c i f i c i t y   + 0 . 0 3 3   0 . 4 2 6   0 . 2 8 5   n . s.   R O C – AUC   + 0 . 0 2 7   0 . 0 3 6   0 . 0 6 3   p   <   0 . 0 5   ( t )   B e n i g n   v s .   M a l i g n a n t   ( C B I S - D D S M )           A c c u r a c y   – 0 . 0 3 3   0 . 0 5 4   0 . 0 6 3   n . s.   ( b o r d e r l i n e )   F1 - sc o r e   – 0 . 0 2 7   0 . 1 5 2   0 . 1 8 8   n . s.   S e n s i t i v i t y   ( R e c a l l )   + 0 . 0 0 2   0 . 9 6 0   1 . 0 0 0   n . s.   S p e c i f i c i t y   – 0 . 0 6 9   0 . 0 7 3   0 . 1 2 5   n . s.   R O C – AUC   – 0 . 0 2 0   0 . 0 2 7   0 . 0 6 3   p   <   0 . 0 5   ( t )   N o t e s :   Δ   M e a n   =   p e r f o r m a n c e   d i f f e r e n c e   ( Ef f i c i e n t N e t - B 0   –   R e sN e t - 5 0 ) .   S i g n i f i c a n c e   l e v e l s:   p   <   0 . 0 5   =   si g n i f i c a n t ;     p   <   0 . 0 1   =   h i g h l y   s i g n i f i c a n t ;   n . s .   =   n o t   si g n i f i c a n t .   S a m e - set t i n g   c o m p a r i s o n   w a s  u se d   f o r   s t a t i st i c a l   t e s t i n g :   M I A S   ( LR   =   1e - 4 ,   E p   =   1 5 )   a n d   C B I S - D D S M   ( L R   =   1e - 3 ,   E p   =   1 5 )   f o r   b o t h   b a c k b o n e s .       Fo r   th e  C B I S - DDSM  d ataset   ( b en ig n   v s .   m alig n an t) ,   th e   tr en d   r e v er s ed :  R esNet - 5 0   o u t p er f o r m ed   E f f icien tNet - B 0   in   ter m s   o f   R OC – AU C   ( Δ   Me an   =  – 0 . 0 2 0 ,   p   =  0 . 0 2 7 ) ,   in d icatin g   a  s tatis tically   s ig n if ican t  ad v an tag e  b y   p air ed   t - test ,   wh ile  th e  W ilco x o n   s ig n ed - r an k   test   d id   n o t  r ea ch   s ig n if ican ce   ( p   =  0 . 0 6 6 ) .   Dif f er en ce s   in   ac cu r ac y   ( Δ   M ea n   =  – 0 . 0 3 3 ,   p   =  0 . 0 5 4 )   a n d   s p ec if icity   ( Δ   Me an   =   – 0 . 0 6 9 ,   p   =   0 . 0 7 3 )   f a v o r e d   R esNet - 5 0   b u t  d i d   n o t  r ea c h   s tatis tical  s ig n if ican ce .   Sen s itiv ity   d if f er e n ce s   wer e  n eg li g ib le  ( Δ   =  + 0 . 0 0 2 ,     p   =  0 . 9 6 0 ) .   T h e s e   r e s u l ts   s u g g e s t   t h a t   w h i l e   E f f i ci e n t N et - B 0   g e n e r a l i z es   b e t t e r   o n   t h e   M I A S  d a t a s e t ,   R es N e t - 5 0   r e m a i n s   m o r e   r o b u s t   f o r   t h e   p at h o l o g y - c o n f i r m e d   C B I S - D DSM   t as k ,   p a r t i c u la r l y   i n   d is c r i m in a t i n g   b e n i g n   f r o m   m a l i g n a n t   c as e s .   Ov er all,   th e  s tatis tical  an aly s is   in d icate s   th at  E f f icien tNet - B 0   y ield s   g ain s   o n   MI AS,  m a k in g   it  well - s u ited   f o r   s cr ee n in g - o r ien ted   c lass if icatio n   wh er e  b alan ce d   m etr ics ( AC C ,   F1 )   an d   p r o b ab ilit y   r an k in g   ( AUC)   ar e  ess en tial,  wh er ea s   R esNe t - 5 0   m ain tain s   an   ad v an ta g e   o n   C B I S - DD SM,   s u p p o r tin g   its   s u itab ili ty   f o r   d iag n o s tic  co n tex ts   wh er e   h ig h er   AUC r eliab ilit y   is   r eq u ir ed .     3 . 3 .     Co m pa riso n wit h  prev io us   s t ud ie s   T ab le  4   p r esen ts   a  c o n s o lid at ed   co m p ar is o n   o f   t h e  p r o p o s ed   m o d els  with   p r e v io u s   wo r k s   o n   b r ea s t  ca n ce r   class if icatio n   ac r o s s   d if f er en t  d atasets   an d   m o d alities .   C lass ical  m ac h in e  lear n in g   s tu d ies,  s u ch   as   th o s e  u s in g   th e  W is co n s in   d i ag n o s tic  b r ea s t  ca n ce r   ( W DB C )   d ataset  [ 2 2 ] ,   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] ,   c o n s is ten tly   r ep o r ted   h ig h   ac cu r ac ies  in   th e  r an g e  o f   9 6 % – 9 9 %  d u e  to   th e  r elativ ely   s m all  s ize   an d   h o m o g e n eo u s   tab u lar   f ea tu r es.   Similar ly ,   h an d cr af ted   tex t u r e - b ased   ap p r o ac h es,  in clu d in g   th e  u s e  o f   2 D - DW T   an d   GL C M  co m b in ed   with   ar tific ial  n eu r al  n etwo r k s   ( AN N) ,   d em o n s tr ated   co m p etitiv e  p er f o r m an ce   o n   m am m o g r ap h y   d atasets   s u ch   as   MI AS a n d   C B I S - DDSM,   ac h i ev in g   ac cu r ac ies ab o v e  9 0 %  [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 1 9 9 - 1 2 1 2   1208   T ab le  4.   C o m p a r is o n   o f   th e  p r o p o s ed   m o d els with   p r ev i o u s   s tu d ies o n   b r ea s t c an ce r   class if icatio n   D a t a s e t   M e t h o d   A c c u r a c y / A U C   N o t e s   M a mm o g r a ms ( D D S M )   [ 6 ]   C N N   ( C A D   s y st e m)   C N N :   9 4 . 5 %;   R e sN e t - 5 0 :   9 5 . 8 % ;   I n c e p t i o n R e sN e t - V 2 :   9 7 . 5 %   D L  o u t p e r f o r me d   c o n v e n t i o n a l   C A D ;   i mp r o v e d   l e si o n   d e t e c t i o n .   C B I S - D D S M ,   I N b r e a st   [ 7 ]   En d - to - e n d   C N N   c l a ss i f i e r   A U C :   0 . 9 1   ( C B I S - D D S M ) ,   0 . 9 8   ( I N b r e a st )   S e n s i t i v i t y :   8 6 – 8 7 % ,   s p e c i f i c i t y :     80 – 9 6 %.   H i st o p a t h o l o g y   ( 1 3 6 1   i ma g e s )  [ 1 4 ]   Ef f i c i e n t N e t   ( C N N )   A c c u r a c y :   9 4 . 2 6 %   P r e c i s i o n :   9 4 % ,   R e c a l l :   9 4 % .   M R I   ( 1 4 8 0   s c a n s,  K a g g l e )   [ 1 5 ]   R e sN e t - 50   A c c u r a c y :   9 2 . 0 1 %   M R I   c l a ssi f i c a t i o n   ( h e a l t h y   v s.  mal i g n a n t ) .   M a mm o g r a ms  [ 1 7 ]   Tr a n sf e r   l e a r n i n g     ( R e sN e t - 5 0   v 2 )   A c c u r a c y :   9 3 . 4 %   F i n e - t u n e d   R e sN e t ;   i mp r o v e d   sen s i t i v i t y .   M I A S ,   U D I A T  [ 1 8 ]   2D - D W T  +   G LC M   +   A N N   A c c u r a c y :   9 3 . 8 %   ( 3 - c l a ss)   C l a s si c a l   h a n d c r a f t e d   t e x t u r e   +   ANN.   M a mm o g r a ms ( b e n i g n   v s.   mal i g n a n t )   [ 1 9 ]   Te x t u r e   +   A N N   A c c u r a c y :   9 5 . 8 3 %   Te x t u r e   f e a t u r e s  c o mb i n e d   w i t h   ANN.   M I A S   [ 2 0 ]   S h e a r l e t   +   G L C M / G L R L M   +   B i L S T M - C N N   A c c u r a c y :   9 7 . 1 4 %   H y b r i d   h a n d c r a f t e d   +   d e e p   seq u e n t i a l   f e a t u r e s.   W D B C   ( t a b u l a r )   [ 2 2 ]   S V M   ( b e st   mo d e l )   A c c u r a c y :   9 6 . 2 5 %;   A U C :   0 . 9 9 4   C o m p a r e d   mu l t i p l e   M L  c l a ss i f i e r s.   W D B C   [ 2 4 ]   M L  c l a ssi f i e r s    ( S V M ,   R F ,   N B )   A c c u r a c y :   9 6 . 5 %   R F   a n d   S V M   sh o w e d   s t r o n g e s t   p e r f o r m a n c e .   K a g g l e   ( 5 6 9   sa mp l e s)   [ 2 5 ]   S V C ,   R F ,   X G B o o st   A c c u r a c y :   9 8 . 7 %   ( X G B o o st )   M L  b a s e l i n e   w i t h   f e a t u r e - b a se d   l e a r n i n g .   C B I S - D D S M   [ 2 7 ]   D e e p   C N N   ( t u n e d   w i t h   a u g me n t a t i o n )   A c c u r a c y :   9 9 . 4 8 %   C l o u d - b a se d   t r a i n i n g ;   h y p e r p a r a me t e r   o p t i m i z a t i o n .   M a mm o g r a ms  [ 2 9 ]   R e sN e t - 5 0   +   S M O TE   A c c u r a c y :   9 9 %   ( b a l a n c e d ) ,   9 0 %  ( i mb a l a n c e d )   A d d r e ss e d   c l a ss   i m b a l a n c e   e x p l i c i t l y .   B r e a k H i s   ( h i st o p a t h )   [ 3 0 ]   F a st L e a k y R e sN e t - C I R   A c c u r a c y :   9 8 . 9 4 %   O u t p e r f o r m e d   R e sN e t 1 8 / 5 0 ,   I n c e p t i o n ,   V G G .   M a m mo g r a ms  ( M IA S )   R e sN e t - 50   A c c u r a c y :   8 9 . 3 %  ±   3 . 0 ;   A U C :   0 . 9 5 9   ±   0 . 0 2 7   N o r m a l   v s .   a b n o r m a l   c l a ssi f i c a t i o n .   M a m mo g r a ms  ( C B IS - D D S M )   R e sN e t - 50   A c c u r a c y :   8 3 . 3 %  ±   2 . 3 ;   A U C :   0 . 9 1 5   ±   0 . 0 1 3   B e n i g n   v s .   m a l i g n a n t   c l a ssi f i c a t i o n .   M a m mo g r a ms  ( M IA S )   E f f i c i e n t N e t - B0   A c c u r a c y :   8 9 . 9 %  ±   3 . 1 ;   A U C :   0 . 9 8 1   ±   0 . 0 1 7   N o r m a l   v s .   a b n o r m a l ;   b e st   R OC – AUC .   M a m mo g r a ms  ( C B IS - D D S M )   E f f i c i e n t N e t - B0   A c c u r a c y :   8 0 . 3 %  ±   1 . 9 ;   A U C :   0 . 9 0 2   ±   0 . 0 1 6   B e n i g n   v s .   m a l i g n a n t   c l a ssi f i c a t i o n .   N o t e s :   R e s u l t s  a r e   r e p o r t e d   f r o m  h e t e r o g e n e o u s   d a t a set s   ( mamm o g r a p h y ,   h i st o p a t h o l o g y ,   M R I ,   W D B C ) .   D i r e c t   c o mp a r i s o n s a r e   n o t   st r i c t l y   v a l i d   d u e   t o   d a t a se t   c o m p l e x i t y ,   b u t   t h e   t a b l e   i l l u s t r a t e s  p e r f o r ma n c e   t r e n d s  a c r o s s c l a ss i c a l   M L ,   h a n d c r a f t e d   f e a t u r e s,   a n d   d e e p   C N N s.  T h i s   st u d y   f o c u s e s s p e c i f i c a l l y   o n   m a mm o g r a p h y   ( M I A S   a n d   C B I S - D D S M ) .       W ith   th e  ad v e n t  o f   d ee p   lea r n in g ,   C NN - b ased   ap p r o ac h es  h av e  s ig n if ica n tly   a d v an ce d   t h e  s tate  o f   b r ea s t  ca n ce r   C AD.   Al - an tar i   et  a l.   [ 6 ]   ac h iev e d   u p   to   9 7 . 5 %  ac cu r ac y   u s in g   C NN  v a r ian ts   o n   th e   DDSM   d ataset,   wh ile  Sh en   et  a l.   [ 7 ]   d em o n s tr ated   th at   en d - to - en d   C NN  class if ier s   tr ain ed   o n   C B I S - DDSM  an d   I Nb r ea s t  y ield ed   AUC  v alu e s   o f   0 . 9 1   an d   0 . 9 8 ,   r esp ec tiv ely ,   s u r p ass in g   m a n y   h an d c r af ted   ap p r o ac h es.   R ec en t  s tu d ies  lev er ag in g   E f f icien tNet  ar ch itectu r es  also   a ch iev ed   s tr o n g   r esu lts :  T asy a  et  a l.   [ 1 4 ]   r e p o r te d   9 4 . 2 6 %  ac cu r ac y   o n   h is to p ath o lo g y   im ag es,  an d   B h u v a n eswar i   et  a l.   [ 1 3 ]   s h o we d   n ea r   9 9 %  p er f o r m a n ce   o n   m am m o g r a m s   u s in g   E f f icien t Net - B 3 .   Fu r th er m o r e,   a d v an c ed   R esNet  v ar ian ts   h av e   also   b ee n   ef f ec tiv e  i n   o th er   im ag i n g   m o d alities   s u ch   as  MRI  an d   h is to p ath o l o g y ,   with   Das  et  a l.   [ 1 5 ]   an d   Z en g   et  a l.   [ 3 0 ]   r e p o r tin g   ac cu r ac ies ab o v e  9 2 % a n d   9 8 %,  r esp ec tiv ely .   C o m p ar ed   t o   th ese  wo r k s ,   o u r   s tu d y   p r o v id es  a  d ir ec t  ev alu atio n   o f   R esNet - 5 0   an d   E f f icien tNet - B 0   o n   p u b lic  m am m o g r ap h y   d atasets   ( MI AS  an d   C B I S - DDS M) .   On   t h e  MI AS  d ataset,   R esNet - 5 0   ac h iev e d   8 9 . 3 %  ac c u r ac y   with   a n   R OC – AUC   o f   0 . 9 5 9 ,   wh ile  E f f i cien tNet - B 0   s lig h tly   o u t p er f o r m ed   it   with   8 9 . 9 %   ac cu r ac y   an d   th e  h ig h est  R O C – AUC   o f   0 . 9 8 1 .   On   th e  m o r e  ch allen g in g   C B I S - DDSM  d ataset  ( b en ig n   v s .   m alig n an t) ,   R esNet - 5 0   o b tai n ed   8 3 . 3 %  ac cu r ac y   an d   0 . 9 1 5   R OC – AUC ,   o u tp er f o r m in g   E f f icien tNet - B 0 ,   wh ich   ac h iev ed   8 0 . 3 %  ac cu r ac y   an d   0 . 9 0 2   R OC – AUC .   T h ese  r esu lts   h ig h lig h t  th at   wh ile  E f f icien tNet - B 0   ac h iev ed   h i g h er   R OC – AUC   o n   n o r m al  v s .   a b n o r m al  class if icatio n ,   R esNet - 5 0   r em ain s   m o r e  r o b u s t  f o r   d is cr im in atin g   b en i g n   an d   m al ig n an t c ases .   I t   i s   i m p o r t a n t   t o   n o t e   t h a t   T a b l e   4   i n c l u d e s   r es u l ts   o b t a i n e d   f r o m   h e t e r o g e n e o u s   d a t a s et s   s u c h   a s   W DB C   ( ta b u l a r ) ,   h is t o p a t h o l o g y ,   M R I ,   a n d   m a m m o g r a p h y .   D i r e ct   c o m p a r is o n   a c r o s s   t h es e   m o d a li t i es   i s   n o t  s t r i ct l y   v a li d ,   as   d a ta s et   s i z e ,   c o m p l e x i t y ,   a n d   i m a g i n g   c h a r a c t e r is t i cs   d i f f e r   s u b s t a n ti a l l y .   I n   g e n e r a l ,   h i g h e r   a c c u r a c i es   r e p o r t e d   o n   W DB C   a n d   h i s t o p a t h o l o g y   d a t as e ts   o f te n   r e f l e c t   l o w e r   i n t e r - p a t i e n t v a r i a b i l it y   c o m p a r e d   t o   m a m m o g r a p h y ,   w h i c h   is   c li n i c a l l y   m o r e  c h a l le n g i n g   d u e   t o   s u b t le   l es i o n   a p p e a r a n c es   a n d   i m a g i n g   n o i s e.   N e v e r t h e l es s ,   t h is   c o n s o l i d ate d   c o m p a r i s o n   i l l u s t r a te s   t h e   p e r f o r m a n c e   l a n d s c a p e   a cr o s s   c l as s i c a l  M L ,   h a n d c r a f t e d   t e x t u r e   m e t h o d s ,   a n d   m o d e r n   C N N   a r c h i t e c t u r es .   W it h i n   t h is   l a n d s c a p e ,   o u r   s t u d y   d e m o n s t r a t e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.