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Breast nodule classification with two-dimensional ultrasound using Mask-RCNN ensemble aggregation - 16/11/21

Doi : 10.1016/j.diii.2021.09.002 
Ewan Evain a, b, , Caroline Raynaud a, Cybèle Ciofolo-Veit a, Alexandre Popoff a, Thomas Caramella c, Pascal Kbaier d, Corinne Balleyguier e, f, Sana Harguem-Zayani e, Héloïse Dapvril g, Luc Ceugnart h, Michele Monroc i, Foucauld Chamming's j, Isabelle Doutriaux-Dumoulin k, Isabelle Thomassin-Naggara l, Audrey Haquin m, Mathilde Charlot n, Joseph Orabona o, Tiphaine Fourquet p, Imad Bousaid q, Nathalie Lassau f, e, Antoine Olivier a
a Philips Research France, 92150 Suresnes, France 
b University of Lyon, CREATIS, CNRS UMR5220, Inserm U1044, INSA-Lyon, University of Lyon 1, 69100 Villeurbanne, France 
c Riviera Imagerie Médicale, 06800 Cagnes-sur-Mer, France 
d Centre d'Imagerie Médicale Toulon Hyeres Littoral, 83000 Toulon, France 
e Department of Medical Imaging, Institut Gustave Roussy, 94800 Villejuif, France 
f Laboratoire d'Imagerie Biomédicale Multimodale Paris-Saclay. BIOMAPS, UMR 1281. Université Paris-Saclay, Inserm, CNRS, CEA, 94805 Villejuif, France 
g Department of Women's Imaging, CH de Valenciennes, 59300 Valenciennes, France 
h Department of Radiology, Centre Oscar Lambret, 59000 Lille, France 
i Department of Radiology, Clinique Saint-Antoine, 76230 Bois-Guillaume, France 
j Department of Radiology, Institut Bergonié, 33000 Bordeaux, France 
k Department of Radiology, Institut de Cancérologie de l'Ouest, 44800 Saint-Herblain, France 
l Department of Radiology, Centre Intercommunal de Créteil, 94000 Créteil, France 
m Department of Radiology, Hôpital Croix Rousse, 69000 Lyon, France 
n Department of Radiology, CH Lyon Sud, 69000 Lyon, France 
o Department of Radiology, CH de Bastia, 20200 Bastia, France 
p Department of Radiology, CHRU Lille, 59000 Lille, France 
q Département de la Transformation Numérique et du Système d'Information, Gustave-Roussy Cancer Campus, Université Paris-Saclay, 94805 Villejuif, France 

Corresponding author at: Philips Research France, 92150 Suresnes, France.Philips Research FranceSuresnes92150France

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Highlights

Breast nodule classification (benign vs. malignant) on two-dimensional ultrasound images initially marked as BI-RADS 3 and 4 yields an area under the receiver operating characteristic curve of 0.67.
A mask region-based convolutional neural network can be implemented to solve the classification problem.
Despite high variability in original ultrasound images, the neural network can discriminate between characteristics based solely on image features.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Purpose

The purpose of this study was to create a deep learning algorithm to infer the benign or malignant nature of breast nodules using two-dimensional B-mode ultrasound data initially marked as BI-RADS 3 and 4.

Materials and methods

An ensemble of mask region-based convolutional neural networks (Mask-RCNN) combining nodule segmentation and classification were trained to explicitly localize the nodule and generate a probability of the nodule to be malignant on two-dimensional B-mode ultrasound. These probabilities were aggregated at test time to produce final results. Resulting inferences were assessed using area under the curve (AUC).

Results

A total of 460 ultrasound images of breast nodules classified as BI-RADS 3 or 4 were included. There were 295 benign and 165 malignant breast nodules used for training and validation, and another 137 breast nodules images used for testing. As a part of the challenge, the distribution of benign and malignant breast nodules in the test database remained unknown. The obtained AUC was 0.69 (95% CI: 0.57–0.82) on the training set and 0.67 on the test set.

Conclusion

The proposed deep learning solution helps classify benign and malignant breast nodules based solely on two-dimensional ultrasound images initially marked as BIRADS 3 and 4.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Artificial intelligence, Breast neoplasms, Deep learning, Neural network, Ultrasound


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Vol 102 - N° 11

P. 653-658 - novembre 2021 Retour au numéro
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