I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,   A u g u s t 2 0 2 6 ,   p p .   3 5 5 6 ~ 3 5 6 7   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 4 . p p 3 5 5 6 - 3 5 6 7           3556     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   A ma chine l ea rni ng  f ra mewo rk  for  skin cancer  clas si ficatio n  using  t e x ture  desc riptors       Sh ik ha   M a lik 1 ,   Va ibh a v   V.   Dix it 2   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o m mu n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   G .   H .   R a i so n i   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   M a n a g e me n t ,     S a v i t r i b a i   P h u l e   P u n e   U n i v e r si t y ,   P u n e ,   I n d i a     2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   T e l e c o mm u n i c a t i o n ,   R a si k l a l   M .   D h a r i w a l   S i n h g a d   Te c h n i c a l   I n st i t u t e s  C a m p u s,     S a v i t r i b a i   P h u l e   P u n e   U n i v e r si t y ,   P u n e ,   I n d i a         Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   9 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J u n   2 3 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u l 9 ,   2 0 2 6       S k in   c a n c e r  re m a in s  a   c rit ica l  h e a lt h   a n d   e c o n o m ic  c o n c e rn   wo rld wi d e .   Ti m e ly   a n d   a c c u ra te  d iag n o sis  i s  c ru c ial  fo r  imp r o v in g   m o r talit y   ra te  o f   p a ti e n ts.  Alt h o u g h   a u t o m a ted   m a c h in e   lea rn i n g   ( M L)  m o d e ls  a ss ist  d o c t o rs   in   c li n ica l  a ss e ss m e n t  o f  sk in   c a n c e r  fro m   d e rm o sc o p ic  ima g e s,  th e ir   p e rfo rm a n c e   o ften   su ffe rs  fro m   e x trem e   c las s  imb a lan c e ,   a s  b e n ig n   ima g e   sa m p les   g re a tl y   e x c e e d   m a li g n a n t  o n e s.  Th is  lea d s  to   fa lse   d e t e c ti o n   a n d   d e lay e d   d ia g n o sis  o f  sk i n   c a n c e r.   To   o v e rc o m e   th is  issu e ,   th e   stu d y   p ro p o se s   a n   e f ficie n t  a n d   l ig h twe ig h t  g e o m e tri c   tran sfo rm a ti o n   (G T) – a u g m e n ted   su p p o rt   v e c to r   m a c h in e   ( S VM)   fra m e wo rk   f o r  e a rly   d iag n o si s  o f   sk in   c a n c e r.   It  e ffe c ti v e ly   a d d re ss e s  th e   c las s  imb a lan c e   issu e s  p re s e n t  in   th e   d a tas e ts  a n d   imp r o v e s  t h e   d e tec ti o n   o f  p o sit iv e   c a se s.  Th e   n o v e l  p ip e li n e   in teg ra tes   p re p ro c e ss in g ,   m o r p h o l o g y   p re se rv in g   GT ,   ro tatio n - in v a rian t   tex tu re   fe a tu re   e x trac ti o n ,   fe a tu re   v a li d a ti o n ,   a n d   fe a tu re   sc a li n g   f o r   p e rfo rm in g   b i n a ry   c las sifica ti o n   u sin g   a n   o p ti m ize d   S VM  fra m e wo rk .   T h is   fra m e wo rk   p ro v id e s  b a lan c e d   a n d   a c c u ra te  les io n   c las sifica ti o n   e v e n   if  ima g e   sa m p les   a re   in s u fficie n t.   Ex p e rime n tal  re su lt s  h a v e   s u c c e ss fu ll y   a c h iev e d   a   tru e   p o sit iv e   ra te  (TP R)  o f  9 3 %   o n   P H 2   a n d   8 1 . 1 %   o n   In tern a ti o n a l  S k i n   Im a g i n g   Co l lab o ra ti o n   2 0 1 6   ( IS IC - 2 0 1 6 )   d a tas e t,   wh ic h   is   b e tt e r  th a n   c o n v e n ti o n a l  M L  m o d e ls.  T h e se   fin d i n g s  p r o v e   t h a t  p ro p o se d   GT - S VM  fra m e wo rk   is  a   l ig h t we ig h t,   in ter p re tab le,  a n d   c o m p u tatio n a ll y   e fficie n t  a p p r o a c h   fo r   e a rly   s k in   c a n c e r  d iag n o sis.  F u t u re   d e v e l o p m e n ts  sh a ll   e x p lo re   m u lt i - c las s  les io n   c las si fica ti o n ,   v a li d a ti o n   a c ro ss   d i v e rse   c li n ica l  d a tas e ts,  a n d   h y b rid   fe a t u re   fu si o n .   K ey w o r d s :   Geo m etr ic  tr an s f o r m atio n   au g m en tatio n   Gr ay   lev el  co - o cc u r r en ce   m atr ix   Sk in   ca n ce r   class if icatio n     Su p p o r t  v ec to r   m ac h in e   T ex tu r e  f ea tu r es   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 :   Sh ik h a  Ma lik   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   T elec o m m u n icatio n   G.   H.   R aiso n i Co lleg e  o f   E n g i n ee r in g   a n d   Ma n a g em en t,  Sav itrib ai  Ph u le  Pu n e  Un iv e r s ity   New   Gate   No .   1 2 0 0 ,   Do m k h el   R o ad ,   W ag h o li,  Pu n e  4 1 2 2 0 7 ,   Ma h ar ash tr a,   I n d ia   E m ail:  s h ik h a. m alik . p h d etc@g h r ce m . r aiso n i.n et       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  r is in g   s k in   ca n ce r   in cid e n ce   is   a   cr itical  h ea lth   an d   ec o n o m ic   co n ce r n   w o r ld wid e.   T h e  d is ea s e  p r im ar ily   s tem s   f r o m   th e  e p i d er m is   ( o u ter m o s t)   s tr atu m   o f   th e  s k in .   T h is   o cc u r s   d u e   to   d am ag e  t o   ce llu lar   d eo x y r ib o n u cleic   ac id   ( DNA )   th at  lead s   to   g en etic  m u tatio n s   an d   u n r eg u lated   ce ll  m u ltip licatio n .   Sk in   ca n ce r   ex is ts   as   ac u te  m alig n an t  m elan o m a  ( ME L )   an d   th e  m o r e  f r e q u en t  n o n - m elan o m a  v ar ieties  s u ch   as  b asal  ce l l  ca r cin o m a  ( B C C )   an d   s q u am o u s   ce ll  ca r cin o m a  ( SC C ) .   Glo b al  C an ce r   Statis tics   r ep o r ted   n ea r ly   1 9 . 3   m illi o n   n ew  p atien ts   an d   o v er   1 0   m illi o n   ca n ce r   f atalities  in   2 0 2 0   [ 1 ] .   Me lan o m a  s k in   ca n c er   h as  th e  h ig h est  m o r tality   r ate  b ec au s e  it  m et astas ize s   an d   s ev er ely   a f f ec t s   s u r r o u n d in g   tis s u es  [ 2 ] .   E p id em io lo g ical  d ata   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8         A   ma ch in e  lea r n i n g   fr a mewo r k  fo r   s kin   ca n ce r   cla s s ifica tio n   u s in g   textu r e  d escr ip to r s   ( S h ikh a   Ma lik )   3557   h ig h lig h t  t h at  m elan o m a  in cid en ce s   ar e  h ig h er   i n   m e n   th an   i n   wo m en .   T h e   f o r ec asts   in d icate   th at  if   th e   s am e   cu r r en t tr e n d s   ex is t,  th en   m ela n o m a  ca s es c o u ld   r ea ch   5 1 0 , 0 0 0   with   a  g r o wth   r ate  o f   6 8 % b y   2 0 4 0   [ 3 ] .   I n   a  clin ical  s ce n ar io ,   th e  d ia g n o s is   o f   s k in   ca n ce r   is   m ad e   b y   d e r m ato lo g is ts   b y   p er f o r m in g   v is u al   in s p ec tio n   o f   th e  lesi o n s   alo n g   with   th e  in d iv id u al’ s   h is to r y ,   ag e,   lo ca tio n ,   an d   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  o f   th e  lesi o n s .   T h e  ac cu r ac y   o f   c lin ical  d iag n o s is   b y   th is   m eth o d ,   h o wev er ,   b ec o m es  lo w  d u e  to   b r o ad   m o r p h o lo g ical  v ar iatio n s   am o n g   th e  lesi o n s .   Ar tific ial  in tel lig en ce   ( AI )   an d   im a g e  p r o ce s s in g   to o ls   ca n   b e  v a l u a b l e   o p t i o n s   f o r   a s s i s t i n g   d e r m a t o l o g i s t s   i n   b e t t e r ,   m o r e   r e l i a b l e ,   a n d   t i m e l y   d i a g n o s i s   o f   s k i n   c a n c e r   [ 4 ] ,  [ 5 ] .   E v en   with   th ese  ad v an ce s ,   cl ass   im b alan ce   in   d er m o s co p i c  s k in   ca n ce r   d atasets   r em ain s   th e  k ey   lim itatio n   d u r in g   au to m ated   d iag n o s is ,   as  th e  b en i g n   lesi o n   s am p les  g r ea tly   ex ce ed   m alig n a n t  o n es.  T h is   im b alan ce   ex is ts   in   s ev er al  p u b lic   r ep o s i to r ies  s u ch   as   I n ter n atio n al  S k in   I m ag in g   C o llab o r atio n   2 0 1 6   ( I SIC - 2 0 1 6 )   an d   PH 2 ,   wh ich   ca u s es  AI   m o d els  to   p r ef e r   m aj o r ity   b en ig n   class es  an d   p r o d u ce   lo w  tr u e  p o s itiv e  r ates  ( T PR )   f o r   m in o r ity   m alig n an t  lesi o n s   [ 6 ] .   As  a  r esu lt,  th e  r is in g   n u m b er   o f   f alse  n eg ativ e  ca s es  is   d elay in g   tim ely   tr ea tm en t  an d   a d v er s ely   af f ec tin g   th e  s u r v iv al  o f   p atien ts .   R esear ch er s   ex p lo r ed   s ev er al   m ac h in e  lear n i n g   ( ML )   m eth o d s   as  an   au to m ate d   ap p r o ac h   to   s k in   ca n ce r   d ete ctio n .   T h is   in clu d es  i )   clin ically   d r iv en   m eth o d s ,   ii)  h an d cr af ted   f ea tu r e - b ased   class if icatio n ,   an d   iii)   d ee p   le ar n in g   ap p r o ac h es.   T h e   f o llo win g   s ec tio n   r ev iews  k ey   ad v a n ce s   in   th ese  ar ea s ,   h ig h lig h tin g   th eir   s h o r tco m in g s   an d   id en tify i n g   th e  r esear ch   g ap s   th at  m o tiv ated   th e  d ev elo p m e n t  o f   th e  p r o p o s ed   g eo m etr ic  tr an s f o r m atio n   ( GT ) – au g m en ted   s u p p o r t  v ec t o r   m ac h in e   ( SVM)   f r am ewo r k   f o r   ca n ce r   class if icatio n .   Du r in g   clin ical  d iag n o s is   o f   s k in   ca n ce r ,   th e  AB C D  r u le  is   f o llo wed ,   wh ich   m ea s u r es  v al u es  o f   f o u r   m ain   p a r am eter s :  asy m m etr y   ( A)   i n   p ig m en ted   lesi o n s ,   ir r eg u lar ities   in   b o r d er s   ( B ) ,   v ar iatio n s   in   lesi o n   co lo r s   ( C ) ,   a n d   d iam eter   ( D)   o f   lesi o n s .   T h e  m alig n an t  le s io n s   co m m o n l y   h a v e  ir r e g u l ar   s h ap es,  u n ev en   b o r d er s ,   n o n - u n if o r m   co l o r   s p r ea d ,   a n d   a  m in im u m   6   m m   d iam eter .   T h ese  d ia g n o s is   cr iter ia  h av e  b ee n   co m m o n l y   im p lem e n ted   i n   s t u d ies  in v o l v in g   m an u al  m eth o d s   o f   s k in   ca n ce r   d etec tio n .   An   AB C D  clin ical   p r o to ty p e  s y s tem   p r o p o s ed   in   [ 7 ]   ac h iev ed   9 2 . 2 2 % sp ec if icity ,   9 0 %  ac cu r ac y ,   a n d   8 5 % sen s itiv ity   o n   th e  PH 2  d ataset.   An o th er   s im ilar   r esear ch   [ 8 ]   in v o lv e d   th e   AB C D   p ar am eter s   a n d   t o tal  d er m o s co p y   s co r e   ( T DS)   ca lcu latio n s ,   ac h iev in g   8 4 %  a cc u r ac y   an d   6 0 . 5 % sen s itiv ity   f o r   m elan o m a  d etec tio n .   B o th   ap p r o ac h es d id   n o t  em p lo y   ML   m eth o d s   an d   u tili ze d   o n ly   class ical  im ag e  p r o ce s s in g   tech n iq u es  th at  p r o v i d ed   o n ly   ac ce p tab le   ac cu r ac y .   T h is   m a k es  it  d if f icu lt  f o r   th e   m o d el   to   wo r k   ef f ec tiv ely   o n   a   wid e  s ca le  with   co m p le x   d atasets .   T h ese  clin ical  ap p r o ac h es  d o   n o t  in clu d e  au to m atic  f ea tu r e  lear n in g   a n d   lack   th e  ab ili ty   to   h an d le  class   im b alan ce   o r   h eter o g en e o u s   d ata  s am p les.  C o n s eq u e n tly ,   r ec en t   s tu d ies  h av e   f o c u s ed   o n   ad v a n ce d   ap p r o ac h es  s u ch   as  ML   an d   d ee p   lear n in g   to   s tr en g th e n   cli n ical  p er f o r m an ce   an d   im p r o v e  g en er aliza tio n   o n   n ew  d ata.   Featu r e  en g i n ee r in g   tech n iq u es  h av e   b ee n   em p l o y ed   in   s ev er al  wo r k s   f o r   t h e  e x tr ac tio n   o f   c o lo r ,   s h ap e,   an d   tex tu r e  attr ib u tes.  W ar s i  et  a l .  [ 9 ]   d ev elo p ed   a  t h r ee - d im e n s io n al  an aly s is   to o l  th at  ex tr ac ts   co lo r   an d   tex tu r e  in f o r m atio n   f r o m   th e  PH 2   d ataset  b y   u tili zin g   r ed ,   g r ee n ,   an d   b lu e  ( R GB )   co lo r   ch an n els.  T h e y   class if ied   f ea tu r es  u s in g   a  p r o p o s ed   m u ltil ay er   p er ce p tr o n   ( ML P)  alg o r ith m .   T h e  r esu lts   o f   th e  s im u latio n   s h o w  th at  th e  3 D  t o o l  o f f er ed   im p r o v ed   p e r f o r m an ce   c o m p ar ed   with   ex is tin g   b en ch m a r k   m o d els.  Ho wev er ,   r esear ch er s   d id   n o t  em p lo y   alter n ativ e  class if icatio n   m eth o d s   f o r   co m p ar is o n   an d   ev alu ate d   th em   o n   a  s in g le  d ataset.   T h u s ,   th e  m o d el  f ailed   to   g en er alize   ac r o s s   ch an g in g   im ag e  co n d itio n s   an d   p o p u latio n s .     T u m p a  a n d   Kab ir   [ 1 0 ]   p r o p o s ed   a  h y b r id   tex t u r e - f ea t u r e  e x tr ac tio n   f r o m   I SIC  an d   PH 2   d atasets .   T h e  m o d el   attain ed   9 7 . 7 %  ac cu r ac y   w ith   an   a r tific ial  n eu r al  n et wo r k   ( ANN)   class if ier .   Alth o u g h   th e   m o d el   o u tp er f o r m ed   s ev er al  ex is tin g   class if ier s   an d   ex tr ac ted   a   r ic h   s et  o f   tex t u r e  d escr ip to r s ,   it s   p er f o r m a n ce   was  n o t  co m p a r ed   ag ai n s t  b aselin e  ML   alg o r ith m s .   An   e n s em b le  f r am ewo r k   p r o p o s ed   b y   Alizad eh   an d   Ma h lo o jifa r   [ 1 1 ]   in teg r ated   c o n v o lu ti o n al  n e u r al  n etwo r k   ( C NN) ,   Har alick ,   an d   lo ca l  b i n ar y   p atter n   ( L B P)  tex tu r e  f ea tu r es.  T h is   h y b r id   f ea tu r e  m o d el  p er f o r m e d   b etter   o n   PH 2   an d   I SIC - 2 0 1 9   d a tasets   b u t  at tain ed   in s u f f icien t  s en s itiv ity   o f   5 2 %  o n   I SIC - 2 0 1 6 .   T h is   lo w  s e n s itiv ity   o n   I SIC - 2 0 1 6   is   d u e  to   s ev er e  im b ala n ce   b etwe en   b en i g n   a n d   m alig n a n t  lesi o n s .   Similar ly ,   Yu   et  a l .  [ 1 2 ]   c o m b in e d   f ea t u r es  f r o m   m u ltip le   C NN  ar ch itectu r es  u s in g   f is h er   v ec to r   en co d i n g   to   en h a n ce   lesi o n   class if icat io n .   Alth o u g h   GT   an d   co lo r   n o r m aliza tio n   wer e   u s ed   to   m in im ize  class   im b alan ce ,   t h e  m o d el   s till   d em o n s tr ated   r ed u ce d   s en s itiv ity   b ec au s e  o f   h ig h   co m p lex ity   an d   in ad e q u ate  f ea tu r e  s elec tio n .   Haid er   et  a l .  [ 1 3 ]   p r o p o s ed   f r am ewo r k   i n v o lv e d   ac tiv e  co n to u r   r eg io n   o f   in ter est  ( R OI )   ex tr ac tio n ,   L B P  tex tu r e  d escr ip to r ,   k - n ea r est  n e ig h b o r   ( K NN) ,   a n d   s u p p o r t  v ec to r   m ac h in e   ( SVM)   d ec is io n   m o d els  f o r   d ete ctio n   o f   p ig m e n ted   lesi o n s   i n   PH 2   im ag es.  T h e   s y s tem   was   s u p er io r   to   m an u a l  lesi o n   ex tr ac tio n   b u t  d id   n o t  p er f o r m   well  o n   au to m atic  R OI   ex tr ac tio n .   T h ey   ass es s ed   th e  m o d el  o n ly   o n   th e  PH 2   d ataset   with o u t  co n s id er in g   its   class   im b alan ce   is s u es ,   th er ef o r e,   it  is   n o t  ca p ab le  o f   d e p lo y m e n t  in   h e alth ca r e.   Featu r e - b ased   class if icatio n   h as  th e  p o ten tial  to   b e  ap p lied   ac r o s s   m u ltip le  ap p licatio n   d o m ain s   [ 1 4 ] ,  [ 1 5 ] .   I t  ca n   im p r o v e  t h e  o u tco m es  p r o v i d ed   m ea n in g f u l  f ea t u r es  ar e   s elec ted   an d   v alid ated   p r ec is ely .   I n   r ec en t  y ea r s ,   d ee p   lear n in g   ar ch itectu r es  h av e  b ee n   a d o p ted   wid ely   as  an   au to m ated   m eth o d   to   ex tr ac t  in f o r m ativ e  an d   co m p lex   p atter n s   f r o m   d er m o s co p ic  im ag es.  Me m o n   et  a l .  [ 1 6 ]   em p lo y ed   th e   Xce p tio n   alg o r ith m   f o r   th e  p r ed ictio n   o f   s k in   ca n ce r   an d   at tain ed   th e  h ig h est  ac cu r ac y   s co r e  o f   9 3 %  o n   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,   Au g u s t 2 0 2 6 :   3 5 5 6 - 3 5 6 7   3558   HAM 1 0 0 0 0   d ataset.   Ho wev er ,   th ey   wo r k ed   o n ly   o n   a  s m a ll  s et  o f   th e  HAM 1 0 0 0 0   d ata b ase;  th er ef o r e,   its   ap p licatio n   is   lim ited   in   ac tu al  clin ical  s ett in g s .   T an g   et  a l .  [ 1 7 ]   im p lem e n ted   a  d u al - n etwo r k   ar ch itectu r e   ca lled   g lo b al - p ar t   co n v o lu tio n al  n eu r al   n etwo r k   with   d ata - tr an s f o r m ed   en s em b le   lear n in g   ( GP - C NN - DT E L )   th at  co m p letely   ca p tu r es  im ag e  in f o r m atio n   alo n g   with   p r ec is e  lesi o n   d etails.  E n s em b le  lear n in g   was  ap p lied   to   n o r m alize d   co lo r   im ag es  to   im p r o v e  r o b u s tn ess .   T h e  m o d el  ac h ie v ed   9 9 . 7 %  s p ec i f icity   an d   8 6 . 3 %   ac cu r ac y ,   b u t   it  h as  l o w  s en s itiv ity   ( 3 2 %),   wh ic h   in d icate s   its   lim ited   ab ilit y   to   d etec t  m alig n an t  lesi o n s .   T h is   is   ca u s ed   b y   class   im b alan ce   a n d   s tr ict  r ed u ctio n   o f   f alse p o s itiv e  ca s es.    An o th er   s tu d y   b y   W u   et  a l .  [ 1 8 ]   p r o p o s ed   th e  at ten ti o n   a n d   r e s i d u a l  l ea r n in g   d en s e ly   co n n ec te d   co n v o lu t io n a l  n e two r k   ( A R DT - Den s e Ne t )   f r am e wo r k   co n s i s t in g   o f   c o m p l ex   co n n ec t io n s ,   at ten tio n   m ec h an i s m s ,   an d   r es id u al   l ea r n in g   f o r   r el iab le   c la s s if i ca t io n   o f   m e lan o m a.   E v en   af ter   em p lo y in g     im b a lan ce   m i tig at io n   te ch n i q u es ,   th e  m o d el   s t il l  u n d e r p er f o r m s   d u e  to   th e  o v er f it tin g   p r o b l em   an d     d ee p - lay er   ar ch it ec t u r e.   S im i lar   wo r k   b y   B a lah a   an d   Ha s s an   [ 1 9 ]   im p lem en t ed   A t ten t io n   U - N et  f o r   R O I   ex tr ac tio n ,   p r e - tr a in ed   C NN   cla s s if i er s ,   an d   a  s p ar r o w  s e ar ch   o p tim iz at io n   ( S SO)   a lg o r ith m   o n   th e   P H 2   d ata s et  f o r   m e lan o m a  id en t if i ca t io n .   T h e  a tt en t io n   U - N et  wi th   D en s e Ne t - 2 0 1   y i el d ed   9 5 %  a cc u r ac y ,   8 6 %   s en s it iv ity ,   9 3 %  s p ec if i ci ty ,   an d   9 2 %  F1 - s co r e .   Ho wev er ,   th e  m o d el  wa s   h ig h l y   co m p lex   d u e  to   d en s e   ar ch it ec tu r e s   an d   co m p lex   o p tim iz at io n   l ay e r s .   T h e   h ig h   co m p u t at io n a l   co s t  m ad e   it   l e s s   o p er a ti v e   f o r   p r ac ti ca l c lin ic al   ap p li ca tio n s .   T h e  ex am i n atio n   o f   p r io r   r ese ar ch   s h o ws  th at   m o s t  wo r k   h a s   u s ed   im b alan ce d   d atasets   s u ch   as  I SIC  an d   PH 2   f o r   tr ain in g   th eir   m o d els.  T h is   lead s   to   m o d el  b ias   an d   h en ce   r e d u ce s   its   ab ilit y   to   d etec t  m alig n an t   ca s es.  Fu r th er m o r e,   m an y   s tu d ies h av e  u tili ze d   o n ly   a  s in g le  d ataset  with   in s u f f icien t   s am p l es  f o r   test in g   th eir   m o d el.   T h u s ,   th eir   m o d el  p er f o r m a n ce   ca n n o t  b e  v alid ated   ac r o s s   d iv e r s e  clin ical  s ce n ar io s .   An o th er   co m m o n   lim itatio n   is   t h at  th e  m ajo r ity   o f   r esear ch   is   f o c u s ed   o n   im p r o v in g   o v er all   ac cu r ac y ,   wh ich   is   an   in ad eq u ate  m ea s u r e  f o r   im b al an ce d   class es.  T h er e  is   v er y   l im ited   atten tio n   to   th e  T PR   i n   th e  liter atu r e,   a n   im p o r tan t  ev al u atio n   m etr ic  f o r   r eliab le  m elan o m a  d etec tio n .   T h e  d ee p   lear n i n g   ap p r o ac h es  im p lem en ted   to   im p r o v e   p er f o r m a n ce   ar e   co m p u tatio n ally   co m p le x   an d   l ess   in ter p r etab le.   T h is   m ak es   th em   u n s u itab le  f o r   r eg u lar   clin ical  p r ac tice.   T o   ad d r ess   th e  ab o v e - d escr ib e d   ch allen g es,  th is   s tu d y   p r o p o s es  an   ef f icien t  au to m ated   a p p r o ac h   f o r   class if y in g   s k in   ca n ce r   t h at  is   r elia b le,   in ter p r etab le,   an d   co m p u t atio n ally   ef f icien t ,   d esig n ed   to   o p tim ize  th e  T PR   an d   ca n   b e  ef f ec tiv el y   d ep l o y e d   in   clin ical  en v i r o n m e n ts .     T h is   s tu d y ’ s   m ain   r esear ch   co n tr ib u tio n s   ar e  d escr ib ed   as f o llo ws:   i)   T h e  p r o p o s ed   f r am ewo r k   ap p lies   m o r p h o lo g y   p r eser v in g   GT   to   th e  m in o r ity   class   s am p les  p r esen t  in   th e  I SIC - 2 0 1 6   an d   PH 2   d atasets .   T h is   ef f ec tiv ely   tack les  t h e  class   im b alan ce   i s s u es  an d   en h an ce s   th e  T PR   f o r   m alig n an t m i n o r ity   c ases .   ii)   T h e  f r am ewo r k   ef f ec tiv ely   ca p tu r es  d is tin ct  im ag e  f ea tu r es   th r o u g h   th e  e x tr ac tio n   o f   r o t atio n - in v ar ia n t   Har alick   tex tu r e  an d   s tatis tical   d escr ip to r s   f r o m   th e  g r ay   lev e l c o - o cc u r r en ce   m at r ix   ( GL C M)   ap p r o ac h .   iii)   I t  im p lem en ts   h y p o th esis   test in g   f o r   f ea t u r e  v alid atio n   a n d   ass ess es  th e  s tatis tica l  s i g n if ican ce   o f   ex tr ac ted   f ea tu r es.  T h is   m ak es  th e  m o d el  m o r e  in ter p r etab le  an d   en s u r es  r eliab le  f ea t u r e  r e p r esen tatio n .   T h er e  is   v er y   lim ited   atten tio n   o n   th is   s tatis tical  asp ec t in   ea r lier   s tu d ies.   iv )   T h e  p r o p o s ed   GT - SVM  f r a m ewo r k   is   a  lig h tweig h t  a n d   in ter p r etab le   f r am ewo r k   th at  p r esen ts   an   ef f ec tiv e  alter n ativ e   to   c o m p lex   d ee p   m o d els  f o r   b in ar y   class if icatio n   o f   s k in   lesi o n s   u n d e r   lim ited     d ata  co n d itio n s .   v)   T h e  p r o p o s ed   f r a m ewo r k   is   t h o r o u g h ly   ev alu ate d   a n d   c o m p ar ed   with   ex is tin g   ML   ap p r o ac h es  u s in g     I SIC - 2 0 1 6   a n d   PH 2   d atasets .   T h e  s tr u ctu r e  o f   t h e  r em ain in g   p ap er   is   as  f o llo ws.  Sectio n   2   p r o v id es  a  d etailed   ex p lan a tio n   o f   th e   m eth o d o l o g y   an d   im p lem en tat io n   s tep s   o f   th e  p r o p o s ed   f r am ewo r k .   T h is   is   to   s u p p o r t  th e  r ep r o d u ctio n   o f   t h e   ex p er im en tal  r esu lts   f o r   f u r th er   ex ten d in g   r esear ch   wo r k .   T h e  r esu lts   o f   th e  p r o p o s ed   m o d el,   k e y   f in d in g s ,   an d   th e  f r am ewo r k ’ s   im p licatio n s   an d   lim itatio n s   ar e  d is cu s s ed   in   s ec tio n   3 .   Sectio n   4   co n c lu d es  th e  s tu d y   b y   b r ief ly   p r esen tin g   th e  clin ical  u s ef u ln ess   o f   th e  p r o p o s ed   f r a m ewo r k   an d   d ir ec tio n s   f o r   f u t u r e  r esear ch .       2.   M E T H O D   T h e  r esear ch   aim s   to   im p r o v e  th e  ea r ly   d etec tio n   o f   m alig n an t  lesi o n s   b y   p r o p o s in g   a n   ef f icien t   ap p r o ac h   f o r   class if y in g   s k in   ca n ce r   f r o m   d er m o s co p ic  im ag es.  T o   ac h iev e   th is   g o al,   th e  GT - SVM   f r am ewo r k   is   s u g g ested ,   wh i ch   en h a n ce s   th e  m in o r ity   cla s s es,  ca p tu r es  d is tin ct  im ag e  f ea tu r es,  p e r f o r m s   f ea tu r e  v alid atio n ,   an d   class if ies  lesi o n s   u s in g   an   o p tim ized   class if ier .   T h e  p r o p o s ed   p ip eli n e  in v o lv es  s ix   k e y   s tep s   as   s h o wn   in   Fig u r e  1 .   I t  co m p r is es  i)   d ata  co llectio n ,   ii)  p r e - p r o ce s s in g ,   iii)  GT ,   iv )   f ea tu r e  ex tr ac tio n   an d   f ea tu r e   s ca lin g ,   v )   f ea tu r e   v alid atio n ,   an d   v i)   b in ar y   cla s s if icatio n   u s in g   GT - SVM.   T h e  en tire   f r a m ewo r k   was  d ev elo p ed   u s in g   s ev er al  Py th o n   p ac k a g es  s u ch   as  Op e n C V,   Nu m Py ,   Pan d as,  an d   s c ik it - lear n   to   en s u r e   co n s is ten t m eth o d o lo g y   a n d   r e p r o d u cib le  r esu lts .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8         A   ma ch in e  lea r n i n g   fr a mewo r k  fo r   s kin   ca n ce r   cla s s ifica tio n   u s in g   textu r e  d escr ip to r s   ( S h ikh a   Ma lik )   3559       Fig u r e  1 .   Flo w  d ia g r am   o f   th e  p r o p o s ed   GT - SVM  f r am ewo r k   f o r   s k i n   ca n ce r   class if icatio n       2 . 1 .     Da t a   a cquis it io n   T h is   wo r k   s elec ted   two   b en c h m ar k   d e r m o s co p ic   im ag e  d ata s ets:   I SIC - 2016  [ 2 0 ]   a n d   PH 2   [ 2 1 ] .   T h e  I SIC - 2 0 1 6   d ataset  is   g ath er e d   f r o m   th e  I SIC  ar ch iv e  d ata b ase.   1 , 2 7 9   d er m o s co p ic  im ag es  o f   th is   d ataset   co m p r is e  1 , 0 3 1   n o n - m elan o m a  ( b en ig n )   an d   2 4 8   m ela n o m a  ( m alig n a n t)   lesi o n s .   T h e  PH 2   d ataset  i s   d ev elo p e d   b y   th e  Der m ato lo g y   Dep ar tm en t ,   Po r tu g al  Ho s p ital,  an d   co m p r is es  2 0 0   d er m o s co p y   im ag es  o f   r eso lu tio n   7 6 8 × 5 6 0 .   1 6 0   b en i g n   s am p les  o f   th is   d ataset   co n tain   8 0   co m m o n   n ev i   an d   8 0   aty p ical  n e v i,  a n d     4 0   im ag es  ar e  c o n f ir m e d   m elan o m a  ca s es.  T h is   d ataset  in clu d es  s eg m e n tatio n   m ask s ,   an n o tatio n s ,   an d   d er m o s co p ic   f ea tu r es  v e r if ied   b y   e x p er ts   an d   is   p er f e ctly   s u itab le  f o r   s eg m en tatio n   as  well  as  class if icatio n .   T h e  s tatis tical  d ata  o f   b o th   d at asets   ar e  p r esen ted   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   I SIC - 2 0 1 6   a n d   PH 2   d ataset  s tati s tic s   D a t a s e t   To t a l   i m a g e s   B e n i g n   sam p l e s   M a l i g n a n t   s a m p l e s   I S I C - 2 0 1 6   1 , 2 7 9   1 , 0 3 1   2 4 8   P H 2   2 0 0   1 6 0   40       2 . 2 .     P re - pro ce s s ing   T h e  p r e - p r o ce s s in g   s tag e  is   th e  f ir s t  im p o r tan t  s tep   r eq u ir ed   to   r em o v e  im ag e  d ef ec ts   an d   s u s tain   th e  m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  o f   lesi o n s .   I t  was  im p lem en ted   in   th r ee   p h ases ,   co n s is tin g   o f   im ag e   r esizin g ,   f o llo wed   b y   n o is e  r em o v al   an d   u n wan t ed   h air   a r tifa cts  elim in atio n .   All  th ese  wer e  ca r ef u lly   im p l em en ted   to   im p r o v e   th e  q u ality   o f   t h e  im ag es  wh ile  p r eser v in g   th e  lesi o n ’ s   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  [ 2 2 ] .   Fi g u r e  2   p r esen ts   th e  s eq u en ce   o f   p r ep r o ce s s in g   o p e r atio n s   ap p lied   to   b en ig n   an d   m alig n an t sam p les.   T h e  f ir s t  s tep   i n   p r e - p r o ce s s in g   was  a   r esizin g   o p er atio n   i n   wh ich   im ag es  o f   v ar y in g   r eso lu tio n s   wer e  m o d if ied   to   m ain tain   co n s is ten cy   in   th e  d atasets .   All  im ag e  s am p les  wer e  s tan d ar d i ze d   to   an   in p u t  s ize   o f   2 2 4 ×2 2 4   p ix els.  T h is   cr e ated   a  u n if o r m   s p atial  s ize  an d   m in im ized   th e  p r o ce s s in g   tim e   r eq u ir ed   f o r   f ea tu r e   an aly s is   an d   class if icatio n .   T h is   s tep   was p er f o r m ed   u s in g   th e  Op en C V  lib r ar y   with   th e  c v 2 . r esize( )   f u n ctio n .   Af ter   r esizin g ,   f ilter in g   was  p er f o r m ed   to   r ed u ce   p i x el - lev el  n o is e  with o u t   m o d i f y in g   m ea n in g f u l   tex tu r e  in f o r m atio n .   I n s tead   o f   a  m ed ian   f ilter ,   a  Gau s s ian   s m o o th in g   f ilter   with   a  3 ×3   k er n el  was p r ef er r ed   as   it  b etter   p r eser v es  lesi o n   ed g es  an d   tex tu r e  v a r iatio n s ,   wh ich   ar e  ess en tial  f o r   f ea tu r e  ex tr ac tio n .   T h e   Gau s s ian   p ar am eter s   wer e  a u to m atica lly   tu n ed   o n   th e  b asis   o f   k er n el  s ize.   T h i s   p r eser v ed   clin ically   m ea n in g f u l  tex tu r e  in f o r m ati o n   an d   e f f ec tiv ely   r e d u ce d   h ig h - f r eq u e n cy   n o is e.   T h e  c v 2 . Gau s s ian B lu r ( )   f u n ctio n   a v ailab le  in   th e   Op en C V  lib r ar y   was u s ed   to   im p le m en t th e  Gau s s ian   f ilter in g   o p er atio n .   Hair   ar tifa cts  r em o v al  was  th e  n ex t  im p o r tan t  p ar t  in   p r ep r o ce s s in g   f o r   clea r   v is u aliza tio n   o f   lesi o n   b o r d er s ,   wh ich   wer e  h id d e n   b y   u n wan ted   h air lin es  i n   d er m o s co p ic  im a g es.  T h e   h air   ar tifa cts  af f ec t  th e   ac cu r ate  ex tr a ctio n   a n d   class if icatio n   o f   f ea tu r es.  T h e   h air   ar tifa ct  r em o v al   p r o ce s s   was  p er f o r m ed   in   m u ltip le   m o r p h o lo g ical  s tag es,  wh ich   in v o lv ed   g r ay s ca le  co n v er s io n ,   b lack - h at  m o r p h o lo g y ,   a d a p tiv e  th r esh o ld in g ,   an d   im ag e  in p ain tin g .   First,  th e  d er m o s co p ic  im ag es  wer e  co n v er ted   in to   g r ay s ca le.   T h is   was  d o n e  b y   s elec tin g   th e  p ar am eter   cv 2 . C OL OR _ R G B 2 GR AY,   wh ich   is   av ailab le  in   th e  cv 2 . cv tC o l o r ( )   f u n ctio n   f r o m   th e  Op en C V  lib r ar y .   T h is   o p er atio n   h elp e d   in   r em o v in g   u n n ec ess ar y   co lo r   in f o r m atio n   an d   r ed u ce d   th e   co m p u tatio n al  co s t.  T h e  B la ck - h at  m o r p h o l o g ical  o p er ati o n   was  th e  n ex t  s tep   to   b e  im p lem en ted   v ia     9 ×9   ellip tical  k er n els.  T h e  p ar am ete r s   f o r   th is   o p er atio n   wer e  s elec ted   with   th e  h elp   o f   cv 2 . g etStru ctu r in g E lem en t ( )   a n d   cv 2 . m o r p h o lo g y E x ( )   f u n ctio n s .   T h is   s tep   s ep ar ated   th e  b ac k g r o u n d   a n d   h air   lin es  with o u t  af f ec tin g   th e   lesi o n   d etails.  Ad a p tiv e  th r esh o ld in g   was  th en   ap p lied   to   d etec t th in   h air   lin es  v er y   p r ec is ely .   T h e  o p er atio n   wa s   im p lem en ted   u s in g   th e  cv 2 . ad ap tiv eT h r esh o ld ( )   f u n ctio n .   Fin ally ,   T elea ’ s   in p ain tin g   alg o r ith m   was  ap p lied   to   r esto r e  th e   ar ea s   c o v er ed   b y   th e   m ask   b y   esti m atin g   th em   u s in g   n eig h b o r in g   p ix el  v alu es.  T h i s   r ec o n s tr u cted   th e  n atu r al  a p p ea r an ce   o f   lesi o n s .   T h e  cv 2 . in p ain t( )   f u n ctio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,   Au g u s t 2 0 2 6 :   3 5 5 6 - 3 5 6 7   3560   with   th e  cv 2 . I NPAI NT _ T E L E A  m eth o d   was  u s ed   to   e x ec u te  th is   s tep .   T h e  T elea   in p ai n tin g   tech n iq u e   was  em p lo y ed   as it is c o m p u tatio n ally   ef f icien t a n d   p r eser v es th e   o r ig in al  ap p ea r an ce   o f   th e  lesi o n s .           Fig u r e  2 .   Seq u en ce   o f   p r e - p r o ce s s in g   o p er atio n s   ap p lied   to   b en ig n   a n d   m alig n an t sam p les       2 . 3 .     G eo m e t ric  t ra ns f o r m a t i o ns   T h e  PH 2   an d   I SIC - 2 0 1 6   d atasets   ar e  b o th   s ig n if ican tly   im b a lan ce d ,   as  b en ig n   class es  ar e  h ig h er   th an   m alig n an t  o n es.  T h er e  is   ap p r o x im ately   a  4 :1   b en ig n - to - m alig n an t  r atio   in   b o th   d atasets .   T h er e  ar e     1 6 0   b e n ig n   ( n eg ativ e  ca s es),   an d   4 0   m alig n an t  ( p o s itiv e  ca s es)  s am p les  in   th e  PH 2   d ata s et,   an d   I SIC - 2 0 1 6   co m p r is es  o f   1 , 0 3 1   b e n ig n   a n d   2 4 8   m alig n an t  s am p les.  As  o b s er v ed   in   r ep ea ted   ex p er im en ts ,   class if icatio n   m o d els  alwa y s   f av o r ed   th e   m a jo r ity   ( b e n ig n )   ca s es  d u e  to   t h is   im b alan ce .   T h is   r esu lted   in   r ed u ce d   s en s itiv ity   wh ile  d etec tin g   m alig n an t  le s io n s .   T o   s o lv e  th is   is s u e,   GT   wer e  ap p lied   to   en h a n ce   m alig n an t  m in o r ity   im ag es  with o u t  m o d if y in g   th e   co u n t  o f   b en ig n   im ag es.  T h es e  tr an s f o r m atio n s   im p r o v e d   d ataset  d iv er s ity   an d   en s u r ed   th at   lesi o n   b o u n d ar ies,  p ig m e n t  n etwo r k s ,   an d   s tr u ct u r al  p atter n s   ar e  clin ically   v ali d   f o r   b ala n ce d   a n d   r eliab le  s k in   lesi o n   d etec tio n   [ 2 3 ] .   T h e  GT   ap p lied   wer e  r o tatio n s   r an d o m ly   v a r y in g   b e twee n   0 °  an d   2 5 °,   v er tical  an d   h o r izo n tal  tr an s latio n   u p   to   2 0 %  o f   im ag e  s ize,   r an d o m   s h ea r in g   lim ited   to   2 0 %,  h o r izo n tal   f lip p in g ,   a n d   zo o m in g   u p   to   2 0 %.  T h ese  tr an s f o r m atio n s   wer e  im p lem en ted   in   T e n s o r Flo w/Ker as  with   th e  s u p p o r t  o f   im ag e  d ata  g en er at o r   m o d u les.  As  s h o wn   in   Fig u r e  3 ,   ea ch   m alig n a n t  im ag e  g en er ated   f o u r   n ew   au g m en ted   v er s io n s .   Fig u r e  3 ( a)   s h o ws  a  s am p le   im ag e   f r o m   I SIC - 2 0 1 6 ,   an d   Fig u r e   3 ( b )   p r esen ts   its   f o u r   n ew  au g m e n ted   v er s io n s   r esu l tin g   f r o m   GT .   T h ese  tr an s f o r m atio n s   ef f ec tiv ely   ex p a n d ed   th e  tr ain in g   d atasets   with o u t  alter in g   th e  m o r p h o lo g ical  d etails  o f   s k in   lesi o n s .   C o n s eq u en tly ,   th e  m in o r ity   class   s am p le s   q u ad r u p led   f r o m   2 4 8   to   9 9 2   f o r   I SIC - 2 0 1 6   an d   f r o m   4 0   to   1 6 0   s am p les   in   th e   P H 2  d ataset  af ter   th e   ap p licatio n   o f   GT .   T ab le  2   p r e s en ts   th e  s tatis tics   o f   b o th   d ata s ets af ter   th e  ap p licatio n   o f   GT .         ( a)       ( b )     Fig u r e  3 .   I ll u s tr atio n   o f   GT   o p er atio n s   of   ( a )   I SIC - 2 0 1 6   s am p le  im ag e  an d   ( b )   f o u r   o u tp u ts   af ter   GT       T ab le  2 .   Statis tics   o f   I SIC - 2 0 1 6   an d   PH 2   d atasets   af ter   ap p lic atio n   o f   GT   D a t a s e t   M a l i g n a n t   i ma g e s     ( B e f o r e   t r a n sf o r mat i o n )   M a l i g n a n t   i ma g e s     ( A f t e r   t r a n sf o r m a t i o n )   B e n i g n   i m a g e s   To t a l   I S I C - 2 0 1 6   2 4 8   9 9 2   1 , 0 3 1   2 , 0 2 3   PH 2   40   1 6 0   1 6 0   3 2 0       2 . 4 .     F e a t ure  ex t r a ct io n a nd   f ea t ure  s ca lin g   Af ter   GT ,  f ea tu r e  ex tr ac tio n   was  p er f o r m ed   b y   ex tr a ctin g   tex tu r e  an d   s tatis tical  f ea tu r e s   f r o m   th e   GL C M  m eth o d   p r o p o s ed   b y   Har alick   [ 2 4 ] .   GL C M  ap p r o a ch   is   a   s ec o n d - o r d e r   s tatis tic al  tex tu r e   an aly s is                                   Hai r   r e m oval  op e r at io n   I n p u t   im age s   Nois e   Re m oval   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8         A   ma ch in e  lea r n i n g   fr a mewo r k  fo r   s kin   ca n ce r   cla s s ifica tio n   u s in g   textu r e  d escr ip to r s   ( S h ikh a   Ma lik )   3561   tech n iq u e  th at  m ea s u r es  th e   r elatio n s h ip   b etwe en   n eig h b o r in g   p ix el  p air s   in   th e  s p atial  d o m ain .   T h is   ap p r o ac h   ca p tu r es  m o r e  d etai led   tex tu r e  in f o r m atio n   th a n   f ir s t - o r d er   h is to g r am   m eth o d s .   I t  ev alu ates  h o w  f r eq u e n tly   s p ec if ic  in ten s ity   p air s   o cc u r   at  a   d ef in e d   d is tan ce   ( )   an d   o r ien tatio n   ( )   th er eb y   r ep r esen tin g   s tr u ctu r al  an d   m o r p h o lo g ical   ch ar ac ter is tics   o f   lesi o n s .   T h e  s tep - by - s tep   p r o ce d u r e  f o r   co n s tr u ctin g   t h e  GL C M  is   d etailed   in   Alg o r ith m   1 .     Alg o r ith m   1 .   GL C M  alg o r ith m   1 : I n itialize  g r ay   le v els  ,   s p atial  d is tan ce     an d   an g le  .   2 : I n itialize  ∗   GL C M  m atr ix   P.   3 : f o r   ea c h   p ix el  ( x , y )   in   in p u t  im ag e  I :   co m p u te  n eig h b o r   ( ′ , ′ )   b ased   o n   s   an d   an g le  α     let  p ix el  ( , )   in ten s ity   =  i a n d   p ix e l  ( ′ , ′ )   in ten s ity   =  j    , ∈ { 0 , 1 , … − 1 }     in cr em en t    b y   1   4 : N o r m alize     r ep r esen ts   p r o b ab ilit y   m atr ix     5 : E x tr ac t f ea tu r es f r o m   n o r m alize d   GL C M      I n   th is   s tu d y ,   s tatis tical  f e atu r es,  in clu d in g   m ax im u m   p r o b a b ilit y ,   m ea n ,   v ar ian c e,   s tan d ar d   d ev iatio n ,   s k ewn ess ,   an d   k u r to s is ,   to g eth er   with   Ha r alick   tex tu r e   f ea tu r es  s u c h   as  co r r elatio n ,   c o n tr ast,   en er g y ,   h o m o g en eity ,   en tr o p y ,   d is s im ilar ity ,   an d   an g u la r   s ec o n d   m o m en t,  wer e  d er iv ed   f r o m   th e  n o r m alize d   GL C M  .   T h e   GL C M  m atr ices  wer e  co m p u ted   at  f o u r   o r ie n tatio n s   (   =   0 °,  4 5 °,  9 0 °,  an d   1 3 5 °)  with   = 1   p ix el,   an d   th e  av er ag e  o f   th e  r esu ltin g   f ea tu r e  v alu es  was  u s ed   to   o b tain   a  r o tati o n - in v a r ian t  tex tu r e   r ep r esen tatio n .   T h is   m eth o d   g u ar an teed   th at  th e  ex tr ac te d   f ea tu r es  r em ain   s tab le  with   r esp ec t  to   lesi o n   o r ien tatio n ,   th e r eb y   im p r o v i n g   th e  m o d el’ s   class if icatio n   p er f o r m a n ce .   T ab le  3   s u m m ar i ze s   th e  1 3   s elec ted   tex tu r e  an d   s tatis tical  d escr ip t o r s   ex tr ac ted   f o r   class if icatio n .         T ab le  3 .   B r ief   d escr ip tio n   o f   1 3   ex tr ac ted   s tatis tical  an d   Har alick   f ea tu r es   F e a t u r e s   D e f i n i t i o n   C a l c u l a t i o n   m e t h o d   M a x i m u m   p r o b a b i l i t y   ( P m a x )     M e a su r e   o f   t h e   p e a k   r e s p o n s e              (  ) =  ,    M e a n   ( µ )   I n f o r mat i o n   a b o u t   t h e   a v e r a g e   g r a y   l e v e l   r e l a t i o n s h i p   w i t h i n   t h e   i ma g e      ( ) = ∑   − 1 , = 0   V a r i a n c e   ( σ 2 )    A mo u n t   o f   d e v i a t i o n   o f   t h e   g r a y   l e v e l   f r o m t h e   a v e r a g e   v a l u e       ( 2 ) = ∑ ( − ) 2  − 1 , = 0   S t a n d a r d   d e v i a t i o n   ( σ)     C l e a r   m e a s u r e   o f   v a r i a b i l i t y   i n   p i x e l   i n t e n si t y   v a l u e s         ( ) = √     S k e w n e ss ( γ )   Q u a n t i f i e s  t h e   p i x e l   i n t e n s i t y   v a r i a t i o n   r e l a t i v e   t o   t h e   me a n       ( ) = ∑ ( − ) 3    3 − 1 , = 0   K u r t o si s   ( k )   Ev a l u a t e   t h e   p e a k i n e ss  o f   a   p i x e l   i n t e n si t y   d i s t r i b u t i o n   c o m p a r e d   t o   a   st a n d a r d   n o r m a l   d i st r i b u t i o n       ( ) =   ∑ ( − ) 4    4 − 1 , = 0   - 3   C o r r e l a t i o n   ( ρ )     Q u a n t i f i e s   t h e   d e g r e e   o f   c o r r e l a t i o n   a mo n g   a   p i x e l   a n d   i t s  n e i g h b o r i n g   p i x e l s         ( ) = ∑ ( − ) (   − )  − 1 , = 0     C o n t r a st   ( C )   M e a su r e s  t h e   l o c a l   d i f f e r e n c e s   o r   v a r i a t i o n s  i n   p i x e l   i n t e n si t i e s         ( ) = ∑ ( − ) 2 − 1 , = 0    En e r g y   o r   u n i f o r mi t y   ( E)   M e a su r e s  h o w   e v e n l y   o r   h o m o g e n e o u s l y   t h e   i n t e n si t i e s  o f   t h e   p i x e l s  i n   a n   i mag e   a r e   d i s t r i b u t e d       ( ) = ∑    2 − 1 , = 0     H o mo g e n e i t y   ( H )   I n d i c a t e s  h o w   c l o s e l y   t h e   a r r a n g e me n t   o f   e l e m e n t s   i n   t h e   G L C M   a l i g n s   w i t h   i t s   d i a g o n a l       ( ) = ∑  1 + ( − ) 2 − 1 , = 0     En t r o p y   ( E)     Ev a l u a t e s  t h e   r a n d o m n e ss  o r   c o m p l e x i t y   i n   p i x e l   i n t e n s i t i e s        ( ) = − ∑     (  ) − 1 , = 0   D i ssi m i l a r i t y   ( D )     M e a su r e s  t h e   a v e r a g e   a b so l u t e   i n t e n si t y   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   a d j a c e n t   p i x e l s        ( ) = ∑ | − |  − 1 , = 0   A n g u l a r   se c o n d   m o me n t   ( A S M )   H i g h e r   A S M   d e mo n s t r a t e s  u n i f o r m  p i x e l   p a i r   d i st r i b u t i o n    = (   ) 2     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,   Au g u s t 2 0 2 6 :   3 5 5 6 - 3 5 6 7   3562   T h e  ex tr ac ted   1 3   s tatis tical  a n d   tex tu r e  f ea t u r e  s ets  wer e  s av ed   as  a  co m m a - s ep ar ated   v alu e  ( . csv )   f ile  f o r   f u r t h er   a n aly s is .   T h e  f ea tu r e  v al u es  wer e  n o r m aliz ed   to   a   s tan d ar d   s ca le  u s in g   th e  m in - m ax   s ca lin g   ap p r o ac h .   T h is   en s u r ed   all  f e atu r es  co n tr ib u te  u n if o r m l y   in   class if icatio n .   T h e  m in - m ax   s ca ler   f u n ctio n   was  av ailab le  in   th e   Py th o n   s cik i t - lear n   p ac k ag e.   Af ter   n o r m a lizatio n ,   all  f ea tu r es  wer e   co n v er ted   t o   v al u es  b etwe en   [ 0 ,   1 ] .   T h e  m in - m ax   s ca lin g   f u n ctio n   f o r   a  g iv e n   f e atu r e    in   th e  d ataset  is   ex p r ess ed   b y   ( 1 )   a n d   ( 2 ) .      = − −   ( 1 )      =  ∗ (  −   ) +   ( 2 )     W h er e      is   th e  f in al  n o r m alize d   f ea tu r e  v al u e  v ar y in g   in   r an g e   b etwe en   [ m in ,   m ax ] .     2 . 5 .     F e a t ure  v a lid a t i o n   An   in d ep en d en t  t - test   [ 2 5 ]   wa s   p er f o r m ed   to   e x am in e  th e  p r ed ictio n   ab ilit y   o f   th e  ex tr ac te d   f ea tu r es.  I t m ea s u r ed   th e  m ea n   d if f er e n ce s   b etwe en   b en ig n   an d   m alig n an t c ateg o r ies.  T h is   s tatis tica l v alid atio n   m eth o d   en s u r ed   th at  o n ly   im p o r tan t a n d   u n iq u e  f ea t u r es im p ac ted   th e  class if icat io n .   T h er e  is   v er y   lim ited   atten tio n   o n   th is   s tati s tical  asp ec t in   ea r lier   s tu d ies.   T h e  h y p o th eses   wer e  d ef in e d   as f o llo ws:   –   Nu ll h y p o th esis   ( H 0 ) :  th e  m ea n   f ea tu r e  v alu es we r e  eq u al  in   b o th   d ia g n o s tic  class es.   –   Alter n ativ e  h y p o th esis   ( H a ) :  th er e  ex is ted   a  s tatis tically   m ea n in g f u l d if f er e n ce   b etwe en   th e  m ea n   f ea tu r e   v alu es o f   class es.   T h e  t - s tatis tic   is   ca lcu lated   u s i n g   th e  ( 3 ) .     = 1 ̅ ̅ ̅ ̅ −   2 ̅ ̅ ̅ ̅         . √ 1 1 + 1 2   ( 3 )     T h e  p o o led   s tan d ar d   d ev iatio n          is   co m p u ted   u s in g   th e  ( 4 ) .            = √ ( 1 − 1 ) 1 2     + ( 2 − 1 ) 2 2 1 + 2 − 2   ( 4 )     W h er e   1 ̅ ̅ ̅   r ep r esen t  t h e  s am p le  m ea n   o f   th e   b en i g n   f ea tu r e   class   an d   2 ̅ ̅ ̅   r ep r esen ts   th e   m alig n a n t  class   s am p le  m ea n ,   1   an d   2   d en o te  th eir   r esp e ctiv e  s am p le  s izes a n d   1 2   an d   2 2   ar e  th e  co r r esp o n d in g   s am p le  v a r ian ce s .     T h e  in d ep en d en t  t - test   was  ca r r ied   o u t  u s in g   t h e  ttes t_ in d ( )   f u n ctio n   f r o m   t h e  SciPy   lib r ar y .   R esu lts   s h o wed   s tatis tically   m ea n in g f u l  d if f er e n ce s   ( p   <   0 . 0 5 )   f o r   1 2   am o n g   th e  1 3   f ea tu r es,  ex ce p t  f o r   en tr o p y .   Alth o u g h   en tr o p y   d id   n o t  m e et  th e  s ig n if ican ce   th r esh o ld   ( p   >   0 . 0 5 ) ,   it  was  s elec ted   b e ca u s e  it  ef f ec tiv ely   ca p tu r ed   r elev an t   tex tu r e   p atter n   v ar iatio n s   in   d er m o s co p ic  im ag es.   Am o n g   all  f ea tu r es,  co r r elatio n     ( t   =   1 6 . 4 5 )   an d   h o m o g e n eity   ( t   =   1 5 . 7 7 )   d em o n s tr ated   th e  h ig h est  t - s co r es,  wh ich   p r o v ed   th ey   h av e  a  s tr o n g   ab ilit y   to   d if f er e n tiate  th e   c lass es.  Ov er all,   th e  t - test   r e s u lts   v alid ated   th at   th e  e x tr ac ted   f ea tu r es  ar e   s tatis t ically   s ig n if ican t a n d   s u i tab le  f o r   th e   p r o p o s ed   GT - SV M  f r am ewo r k .     2 . 6 .     B ina ry   cla s s if ica t io n us ing   g eo m e t ric  t ra ns f o r m a t io n – a ug m ent ed  s up po rt   v ec t o r  m a chine   T o   ex ec u te  b in ar y   class if icati o n   u s in g   th e   p r o p o s ed   GT - S VM   f r am ewo r k ,   th e   v alid ate d   f ea tu r e   s et   was  s ep ar ated   in to   a  tr ain   an d   test   s et  at  a   s p lit   r atio   o f   8 0 :2 0 .   T h e  tr ain   s u b s et  was  ap p lied   to   o p tim ize  th e  class if ier ’ s   p ar am eter s ,   wh ile  th e  test   d ata  was  m ain ly   em p l o y ed   f o r   ass ess in g   th e  m o d el’ s   p er f o r m a n ce .   T h e   GT - SVM  alg o r ith m   class if ied   ea ch   s am p le  as  a  b en ig n   o r   m alig n an t  ca teg o r y   d ep e n d in g   o n   th e  s tatis tical ly   ex tr ac ted   s ig n if ica n t  f ea t u r es.   GT - SVM  is   d ev el o p ed   f r o m   th e  c o n v e n tio n al   SVM  m o d el,   wh ich   is   p r o v en   ef f ec tiv e  f o r   b o th   class if icatio n   an d   r eg r ess io n   o p er atio n s .   SVM  f o cu s es  o n   d eter m in in g   th e  m o s t  s u itab le   h y p er p lan e  th at  m a x im izes th e  s ep ar atio n   g a p   b etwe en   d is tin ct  class es  [ 2 6 ] .   Giv en   a  tr ain   s et  { ( x , y ) } = 1 ,   wh er e  x ∈ ℝ   r ep r esen ts   an   m - d im en s io n al  f ea tu r e  m atr ix   an d     y ∈   { − 1 , 1 }   ar e  two - class   lab els,  th e  o p ti m izatio n   p r o b lem   is   f o r m u late d   as in   ( 5 ) .     , , 1 2     ∥   ∥ 2     +   ∑ = 1   lim ited   b y   ( . +   ) ≥ 1 − ,   ≥ 0 , = 1 , . . .   ( 5 )     W h er e     in d icate s   th e  weig h t  p ar am eter s ,     is   th e  o f f s et  f ac to r ,     ar e  s lack   v ar ia b les  f o r   h an d lin g   m is class if ied   in s tan ce s ,   an d     is   a  p en alty   co ef f icien t  r e g u latin g   th e  b alan ce   b etwe en   m a x im i zin g   m ar g in   a n d   m in im izin g   class if icatio n   er r o r .   T o   h a n d le  n o n lin ea r   s ep a r atio n s ,   r ad ial  b asis   f u n ctio n   ( R B F)  k er n el  was   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8         A   ma ch in e  lea r n i n g   fr a mewo r k  fo r   s kin   ca n ce r   cla s s ifica tio n   u s in g   textu r e  d escr ip to r s   ( S h ikh a   Ma lik )   3563   ap p lied   in   th e   GT - SVM  f r am ewo r k .   T h is   tech n iq u e  im p licitly   p r o jects  th e   in p u t  f ea tu r es  in to   a  lar g e  f ea tu r e   s p ac e  u s in g   th e  ( 6 ) .       ( , ) =  ( − ∥   − ∥ 2 )   ( 6 )     W h er e     is   a  h y p er p ar am eter   th at  d eter m in es  th e  k er n el’ s   s en s itiv ity   to   p air wis e  d is tan ce s   b etwe en   f ea tu r e  v ec to r s     . an d   .   Gr id   s ea r ch   a p p r o ac h   with   f iv e - f o ld   c r o s s - v alid atio n   ( cv   =5 )   was  u s ed   to   o p tim ize  h y p er p ar am eter s   b y   im p lem en tin g   s cik it - lear n ’ s   Gr id Sear ch C V  o p er atio n .   T h e  b est  co n f ig u r atio n   was  o b tain ed   with     C   =   1 , 0 0 0 ,   γ   =   1 ,   an d   th e  R B F  k er n el.   T h is   y ield ed   s u p er io r   class if icatio n   ac cu r ac y   b y   ef f ec tiv ely   b alan cin g   m ar g in   wid th   a n d   e r r o r   m in i m izatio n .   T h e  f i n al  GT - SVM  f r am ewo r k   was  tr ain e d   o n   m o r p h o lo g y   p r eser v i n g   an d   r o tatio n - in v a r ian t  tex tu r e  f ea tu r es  an d   d em o n s tr ated   r eliab le  d is cr im in atio n   b e twee n   b en ig n   an d   m alig n an t le s io n s .       3.   E XP E R I M E N T A L   RE SUL T S   AND  D I SC USS I O NS   All  co m p u tatio n al  ex p er im e n ts   wer e  ca r r ied   o u t  o n   a  W in d o ws  1 0   o p er atin g   s y s tem   eq u ip p ed   with   a  2 . 5   GHz   p r o ce s s o r   an d   8   GB   o f   R A M.   T h is   en s u r ed   s t ab le  an d   ef f icien t  p er f o r m an ce   th r o u g h o u t  th e   ex p er im en ts .   T h is   co n f ig u r atio n   en ab le d   th e  s m o o t h   ex ec u tio n   o f   ML   wo r k f lo ws  an d   h elp ed   with   q u ick e r   tr ain in g   a n d   p r e d ictio n   o f   th e   p r o p o s ed   f r am ewo r k .   T h e  Py t h o n   3 . 1 1   i n   th e   Sp y d er   en v ir o n m en t  a n d   Go o g le   C o lab   was  u s ed   f o r   p er f o r m in g   ex p er im en ts   b o t h   lo ca lly   an d   in   th e  clo u d .   T h e  s tan d a r d   Py th o n   p ac k ag es  lik e   Nu m Py ,   Pan d as,  Op en C V,   an d   s cik it - lear n   wer e  ap p lied   to   p er f o r m   th e  s im u latio n   w o r k .   T h e  p er f o r m a n ce   p a r am eter s   m ea s u r ed   wer e  ac c u r ac y ,  p r e cisi o n ,   T PR ,   s p ec if icity ,   an d   F1 - s co r e .  T h eir   b r ief   d escr ip tio n   is   p r o v id ed   in   T ab le  4 .   T h e  tr u e  p o s itiv es  ( T P)  m ea n   co r r ec tly   class if ied   m alig n an t  ( p o s itiv e)   s am p les,   wh ile  f al s e  p o s i tiv es  ( FP )   d e n o te   in c o r r ec tly   id en tifie d   b en i g n   ( n eg ativ e)   s am p les.   C o n v er s ely ,   tr u e   n e g ativ es  ( T N)   r ep r esen t   ac cu r ately   r ec o g n ized   b e n ig n   s am p les,  an d   f a ls e  n eg ativ es  ( FN)   in d icate   in co r r ec t c lass if icatio n   o f   m alig n an t sam p les.       T ab le  4 .   Su m m a r y   o f   p e r f o r m an ce   p ar am eter s   M e t r i c   C a l c u l a t i o n   C l i n i c a l   m e a n i n g   A c c u r a c y    +   +  +  +    M e a su r e s  o v e r a l l   p r e d i c t i o n   p e r f o r m a n c e   P r e c i s i o n     +    C a p a b i l i t y   t o   r e d u c e   f a l s e   p o si t i v e s   TPR     +    M e a su r e   t h e   d e t e c t i o n   r a t e   o f   t h e   p o s i t i v e   c l a ss   S p e c i f i c i t y     +    M e a su r e s t h e   c o r r e c t   b e n i g n   c a ses .   F1 - sc o r e   2 ∗ ∗  +    B a l a n c e s   mo d e l ’ s  p r e c i s i o n   a n d   r e c a l l   v a l u e s       3 . 1 .     K ey   f ind ing s   a nd   inte rp re t a t io n    T h e  class if icatio n   p er f o r m an c e  o f   th e  p r o p o s ed   GT - SVM  f r am ewo r k   o n   th e   I SIC - 2 0 1 6   an d   PH 2   d atasets   was  co m p ar ed   with   t h e  ex is tin g   ML   alg o r ith m s ,   m ain ly   lo g is tic  r eg r ess io n   ( L R ) ,   r an d o m   f o r est  ( R F),   K NN,   ML P,  an d   ex tr em e   g r ad ien t  b o o s tin g   ( XGBo o s t) ,   a n d   p r esen te d   in   T a b le  5 .   T h e   s im u latio n   r esu lts   h ig h lig h t  th at  th e   GT - SVM  f r am ewo r k   tr ain ed   o n   1 3   ex tr ac ted   f ea tu r es  s h o wed   s u p er io r   class if icatio n   p er f o r m an ce   co m p ar ed   to   e x is tin g   b aselin e  m eth o d s ,   with   an   ac cu r ac y   s co r e  o f   8 0 % o n   I SIC - 2 0 1 6   an d   9 5 . 3 %   o n   th e   PH 2   d ataset.   T h e   T PR   o f   8 1 . 1 %   o n   I SIC - 2 0 1 6   a n d   9 3 %  o n   PH 2   in d icate s   th at  th e  f r am ewo r k   is   co r r ec tly   id en tify i n g   p o s itiv e  ca s es.  T h e  s p ec if icity   s co r e  o f   7 8 . 1 %  o n   I SIC - 2 0 1 6   an d   9 7 . 2 %  o n   PH 2  d atasets   co n f ir m s   p r ec is e  d etec tio n   o f   b en ig n   ca s es.  T h e  p r ec is io n   v alu es  o f   8 2 %  an d   9 6 . 3 %  r ev ea l  th at  th e  m o d el  h as   f ewe r   f alse - p o s itiv e  p r ed ictio n s ,   wh ile  th e  F1 - s co r e   o f   8 1 . 3 %  an d   9 5 %  in d icate   a n   e f f ec tiv e  b alan ce   b etwe e n   p r ec is io n   an d   r ec all  p ar am ete r s .   No tab ly ,   th e  GT - SVM  f r am ewo r k   s u cc ess f u lly   attain ed   h ig h   s en s itiv ity   with o u t  co m p r o m is in g   s p ec if icity .   T h is   en ab les  ac cu r ate  id en tific atio n   o f   p o s itiv e  ca s es  w ith   f ewe r   f alse  p r ed ictio n s .   T h e  T PR   v alu es  ac r o s s   b o th   d atasets   w er e  co n s is ten tly   h ig h ,   p ar ticu l ar ly   th e  9 3 %  ac h iev ed   o n   PH 2 .   T h is   co n f ir m ed   th at  m o r p h o lo g y   p r eser v in g   GT   ef f ec tiv ely   allev iated   th e  class   im b alan ce   is s u e,   wh ich   r esu lted   in   h ig h   T PR .   Ov er all,   th e  f r am ewo r k   ac h iev ed   its   k ey   o b jectiv e  o f   en h an cin g   m alig n a n t  lesi o n   d etec tio n   a n d   is   in ter p r etab le  an d   co m p u tatio n ally   ef f icien t.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,   Au g u s t 2 0 2 6 :   3 5 5 6 - 3 5 6 7   3564   T ab le  5 .   C o m p a r is o n   o f   GT - SVM  with   co n v en tio n al  m o d els   f o r   class if icatio n   D a t a s e t   M o d e l s   A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   TPR  ( %)   S p e c i f i c i t y   ( %)   F1 - sc o r e   ( %)   I S I C - 2 0 1 6     LR   76   78   7 7 . 9   73   7 7 . 7     RF   7 5 . 1   7 7 . 8   7 6 . 3   7 3 . 7   77     K N N   7 4 . 5   76   7 7 . 9   7 0 . 3   7 6 . 9     M LP   76   7 7 . 6   7 7 . 9   72   7 7 . 7     X G B o o st   7 7 . 1   7 9 . 5   7 8 . 3   7 5 . 7   7 8 . 8     P r o p o se d   G T - S V M   80   82   8 1 . 1   7 8 . 1   8 1 . 3   PH 2     LR   91   8 9 . 2   8 9 . 2   92   8 9 . 2     RF   91   8 4 . 3   92   8 6 . 1   90     K N N   91   87   89   7 0 . 3   90     M LP   9 2 . 1   90   93   92   9 1 . 2     X G B o o st   91   8 4 . 3   9 2 . 2   8 6 . 1   90     P r o p o se d   G T - S V M   9 5 . 3   9 6 . 3   93   9 7 . 2   95       T h e  r ec eiv er   o p er atin g   ch ar a cter is tic  ( R OC )   cu r v es  ar e  p l o tted   in   Fig u r e  4   at  d if f er en t   th r esh o ld   v alu es  to   f u r th er   ass ess   th e  m o d el’ s   class if icatio n   p er f o r m a n ce .   Fig u r e  4 ( a)   d is p lay s   th e  R OC   cu r v e  ac r o s s   th e  I SIC - 2 0 1 6   d ataset,   a n d   Fi g u r e  4 ( b )   d is p lay s   th e   R OC   cu r v e  co r r esp o n d in g   to   th e   PH 2   d ataset.   I t  attain ed   a   h ig h er   ar ea   u n d er   th e  cu r v e  ( AUC )   s co r e  o f   0 . 9 9   o n   th e  PH 2  d ataset,   th at  p r o v e  th at  th e  m o d el  h as  a  s tr o n g   ca p ab ilit y   o f   id en tif y in g   m alig n an t  ca s es  co r r ec tly .   I n   co m p a r is o n ,   th e  AUC  o f   0 . 8 2   o n   th e  I SIC - 2 0 1 6   d ataset  was  s lig h tly   lo wer   b e ca u s e  im ag e  s am p les  in   th is   d ataset  ar e  h ig h ly   d iv er s e,   wh ich   ch allen g es   th e   class if icatio n   p er f o r m a n ce   o f   th e  m o d el.   Ov er all,   th ese  r es u lts   co n f ir m e d   th at  t h e  GT - S VM   f r am ewo r k   ca n   ef f ec tiv ely   d is tin g u is h   all  clas s es o n   th e  PH 2   d ataset  wh ile  m ain tain in g   h i g h   s en s itiv ity   a n d   s p ec if icity .           ( a)   ( b )     Fig u r e  4 .   R OC   p lo t o f   th e   p r o p o s ed   f r am ew o r k   ac r o s s   ( a)   I S I C - 2 0 1 6   d ataset  an d   ( b )   PH 2   d ataset       3 . 2 .     Co m pa ra t iv e  ev a lua t io n wit h e x is t ing   m et ho ds   T h e  p r o p o s ed   GT - SVM  class if icatio n   f r am ewo r k   was  ev alu ated   ag ain s t  ex is tin g   s tu d i es  o n   th e     I SIC - 2 0 1 6   an d   PH 2   d atasets .   T ab le  6   p r esen ts   a  T PR   co m p ar is o n   ac r o s s   th e  I SIC - 2 0 1 6   d ataset.   Simu latio n   r esu lts   d em o n s tr ated   th at  t h e  GT - SVM  f r am ewo r k   ac h iev e d   a  T PR   o f   8 1 . 1 % o n   I SIC - 2 0 1 6   an d   o u tp er f o r m ed   m o s t  ex is tin g   b en ch m a r k   m o d els.  T h e  en s em b le  m o d el  p r o p o s ed   b y   Alizad eh   an d   Ma h lo o jifa r   [ 1 1 ]   d id   n o t   ef f ec tiv ely   m in im ize  class   im b alan ce ,   wh ich   r esu lted   i n   lo w  T PR .   Alth o u g h   th e   m o d els  p r o p o s ed     in   [ 1 2 ] ,   [ 1 7 ]   i n co r p o r ated   GT   an d   d ee p   class if icatio n   ar ch itectu r es,  th eir   f o c u s   was  m o r e  o n   im p r o v in g   s p ec if icity   r ath er   th an   b alan ce d   d etec tio n .   I n   co n tr ast,  th e  A R DT - Den s eNe t m o d el  p r o p o s ed   b y   W u   et  a l .  [ 1 8 ]   ac h iev ed   a  s lig h tly   h ig h e r   T PR   o f   8 1 . 6 %,  b u t  th e  d ee p   an d   co m p le x   d esig n   o f   t h e  m o d el  m ad e  it  less   in ter p r etab le  an d   c o m p u tatio n ally   in ef f icien t.  Un lik e  th es e  m o d els,  th e  p r o p o s ed   GT - SVM  f r am ewo r k   is   lig h tweig h t,  in ter p r etab le,   an d   co m p u tatio n ally   e f f icien t  t h at  is   m ain tain in g   h ig h   s en s itiv ity   wh ile  ef f ec tiv el y   ad d r ess in g   class   im b alan ce .   T ab le  7   d ep icts   a  co m p ar is o n   o f   GT - SVM  an d   o th e r   b aselin e  s tu d ies  o n   th e  PH 2   d ataset.   T h e  AB C D   m eth o d   im p lem e n ted   in   [ 7 ] ,   [ 8 ]   d id   n o t  in co r p o r ate  an y   ML   alg o r ith m s   an d   was  o n ly   b a s ed   o n   co n v e n tio n al   im ag e  p r o ce s s in g .   T h u s ,   th eir   m o d els we r e  less   ca p ab le  o f   wo r k in g   r eliab ly   in   p h y s ical  clin ical  en v ir o n m en ts .   Haid er   et  a l .  [ 1 3 ]   ac h iev e d   a   T PR   o f   8 9 . 2 %  b y   ap p ly i n g   ac tiv e  co n to u r   s eg m e n tatio n ,   L B P  d escr ip to r s ,   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8         A   ma ch in e  lea r n i n g   fr a mewo r k  fo r   s kin   ca n ce r   cla s s ifica tio n   u s in g   textu r e  d escr ip to r s   ( S h ikh a   Ma lik )   3565   an   SVM  class if ier .   Ho wev er ,   th ey   wo r k e d   o n   im b alan ce d   d ata,   wh ich   m ad e  t h e  m o d el  clin ically   u n r eliab le .   An   o p tim ized   f r am ewo r k   p r o p o s ed   b y   B alah a  an d   Hass an   [ 1 9 ]   co m b i n ed   Den s eNe t - 2 0 1   ar ch itectu r e  an d   th e   SS O  alg o r ith m .   I t  attain ed   9 4 . 7 5 %  ac cu r ac y   an d   9 2 . 7 4 %  T PR .   Ho wev er ,   th e  f r am ewo r k   is   n o t   co m p u tatio n ally   ef f icien t   b ec a u s e  it  in clu d es  m u ltip le  d ee p   l ea r n in g   an d   o p tim izatio n   lay e r s .   I n   co m p a r is o n ,   th e  p r o p o s ed   GT - SVM  m o d el  ac h iev ed   9 5 . 3 %  ac cu r ac y ,   9 3 %  T PR ,   an d   9 7 . 2 %  s p ec if icity   with o u t  th e  in teg r atio n   o f   an y   co m p lex   la y er .   T h er ef o r e,   its   p er f o r m a n ce   is   s u p er io r   with   lo w  co m p u tatio n al  co s t.  T h e  m o d el  is   ca p ab le   o f   d etec tin g   m alig n a n t  lesi o n s   r eliab ly   b y   ef f e ctiv ely   m in im izin g   f a ls e  p o s itiv es.  T h is   v alid ates it  as a   r o b u s t a n d   i n ter p r etab le  ap p r o ac h   f o r   au to m ated   d etec tio n   o f   s k in   ca n ce r .       T ab le  6 .   C o m p a r ativ e  T PR   ass ess m en t o f   th e  p r o p o s ed   f r am e wo r k   ag ain s t b aselin es o n   I SI C - 2016   M o d e l   TPR  ( %)   C N N   +   H a r a l i c k   f e a t u r e s  [ 1 1 ]   52   M u l t i - C N N   a n d   S V M   [ 1 2 ]   6 0 . 1   GP - C N N - D TEL  [ 1 7 ]   32   A R D T - D e n s e N e t   [ 1 8 ]   8 1 . 6   P r o p o se d   G T - S V M   8 1 . 1       T ab le  7 .   C o m p a r is o n   o f   th e  G T - SVM  f r am ewo r k   a g ain s t b a s elin es o n   th e  PH 2   d ataset   M o d e l   A c c u r a c y   ( %)   TPR  ( %)   S p e c i f i c i t y   ( %)   A B C D   [ 7 ]     90   85   9 2 . 2 2   A B C D   [ 8 ]   8 4 . 0 0   6 0 . 5 0   8 9 . 5 0   LB P   a n d   S V M   [ 1 3 ]   8 9 . 2   8 9 . 2   84   D e n seN e t - 2 0 1   a n d   S S O   [ 1 9 ]   9 4 . 7 5   9 2 . 7 4   9 6 . 2 0   P r o p o se d   G T - S V M   9 5 . 3   93   9 7 . 2       3 . 3 .     P r a ct ica l i m pli ca t io ns   a nd   f uture   s co pe   T h e  GT - SVM  f r am ewo r k   e x h ib ited   a  r o b u s t,  in ter p r etab le,   an d   co m p u tatio n ally   ef f icien t  d iag n o s tic   ap p r o ac h   f o r   t h e  b in ar y   class if icatio n   o f   d e r m o s co p ic  im a g es  f o r   th e  d etec tio n   o f   s k in   c an ce r .   T h e  f i n d in g s   r ev ea led   th at  m o d el  r esu lts   ar e  h ig h ly   s u p er io r   co m p ar ed   with   s ev er al  b aselin e  ap p r o ac h e s .   I t  is   lig h tweig h t   an d   p r o v id es  h ig h   T PR ,   wh ich   en h a n ce s   its   ab ilit y   f o r   d ep l o y m en t  i n   p h y s ical  h ea lth ca r e   p r ac tice.   Ho wev e r ,   th e  cu r r e n t  f r a m ewo r k   is   s u itab le  o n ly   f o r   b in a r y   class if icatio n   an d   ca n n o t b e  v alid ated   ac r o s s   d iv er s e  clin ical  d atasets .   T o   f u r th er   en h an ce   its   g en er aliza tio n   an d   th e  clin ical  ap p licab ilit y   o f   th is   f r am ewo r k ,   f u tu r e   d ev elo p m e n ts   s h all  ex p lo r e   th e  m o d el   f o r   th e  class if icatio n   o f   m u ltip le  lesi o n   ca te g o r ies,  in co r p o r atin g   ad d itio n al  h y b r i d   f ea tu r e  d es cr ip to r s   s u ch   as  c o lo r ,   s h ap e ,   an d   d ee p   lear n in g   f ea t u r es,  an d   u s in g   d iv er s e   clin ical  d atasets   will im p r o v e  its   g en er aliza tio n   an d   clin ical  ap p licab ilit y .       4.   CO NCLU SI O N   T h e  GT - SVM  f r am ewo r k   p r e s en ted   in   th is   s tu d y   is   a  r o b u s t  an d   in ter p r eta b le  ML   ap p r o a ch   f o r   th e   b in ar y   class if icatio n   o f   d er m o s co p ic  im a g es  f o r   s k in   ca n ce r   d etec tio n .   T h e   r o tati o n - in v a r ian t  te x tu r e   d escr ip to r s   d er iv ed   f r o m   th e  GL C M  ap p r o ac h   an d   m o r p h o lo g y   p r eser v in g   GT   h av e  b ee n   im p lem en ted   f o r   th e   GT - SVM  f r am ewo r k .   T h e  f r a m ewo r k   im p r o v ed   t h e  T PR   b y   ad d r ess in g   class   im b alan ce   is s u es  in   an   ef f ec tiv e   way .   T h e  f r am ew o r k   ac h iev ed   a  T PR   o f   8 1 . 1 %  o n   I SIC - 2 0 1 6   an d   9 3 %  o n   PH 2   with   ac cu r ac y   v alu es  o f   8 0 %  an d   9 5 . 3 %,  r esp ec tiv el y .   C o m p ar ed   t o   co m p lex   d ee p   lea r n in g   m o d els  av ailab le  f o r   th e  class if icatio n   o f   d er m o s co p ic  im a g es,  th e  GT - SVM  f r am ewo r k   is   a  lig h twe ig h t,  in ter p r eta b le,   an d   co m p u tatio n ally   ef f icien t   f r am ewo r k   with   h ig h   s en s itiv ity   an d   with o u t   co m p r o m is in g   s p ec if icity .   T h is   f r am ewo r k   is   ab le   to   d etec t  m alig n an t  ca n ce r s   in   an   e f f ic ien t  way ;   th er ef o r e,   it  is   s u itab le  f o r   t h e  tim ely   ass ess m en t  o f   s k in   c an ce r   i n   p h y s ical  clin ical  en v ir o n m en ts .   T o   f u r th er   s u p p o r t  th e   c lin ical  ap p licatio n s   o f   th is   f r am ewo r k ,   f u t u r e   d ev elo p m e n ts   s h all  ex p lo r e   m u lti - class   lesi o n   class if icati o n ,   v alid atio n   ac r o s s   d iv er s e  clin ical  d atasets ,   an d   h y b r id   f ea tu r e  f u s io n .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   Au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   in v o lv ed .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.