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Enregistrement W4399821708 · doi:10.3389/fonc.2024.1320220

Improving skin cancer detection by Raman spectroscopy using convolutional neural networks and data augmentation

2024· article· en· W4399821708 sur OpenAlexafffund
Jianhua Zhao, Harvey Lui, Sunil Kalia, Tim K. Lee, Haishan Zeng

Notice bibliographique

RevueFrontiers in Oncology · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueSpectroscopy Techniques in Biomedical and Chemical Research
Établissements canadiensBC Children's HospitalVancouver Coastal Health Research InstituteUniversity of British ColumbiaVancouver Coastal Health
Organismes subventionnairesCanadian Institutes of Health ResearchBC HydroCanadian Dermatology FoundationCanadian Cancer SocietyVGH and UBC Hospital FoundationUniversity of British Columbia
Mots-clésReceiver operating characteristicArtificial intelligenceLinear discriminant analysisPattern recognition (psychology)Convolutional neural networkPrincipal component analysisSupport vector machineComputer scienceRaman spectroscopyPoolingBasal cell carcinomaMathematicsMachine learningMedicinePathologyPhysicsBasal cellOptics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Background: Our previous studies have demonstrated that Raman spectroscopy could be used for skin cancer detection with good sensitivity and specificity. The objective of this study is to determine if skin cancer detection can be further improved by combining deep neural networks and Raman spectroscopy. Patients and methods: Raman spectra of 731 skin lesions were included in this study, containing 340 cancerous and precancerous lesions (melanoma, basal cell carcinoma, squamous cell carcinoma and actinic keratosis) and 391 benign lesions (melanocytic nevus and seborrheic keratosis). One-dimensional convolutional neural networks (1D-CNN) were developed for Raman spectral classification. The stratified samples were divided randomly into training (70%), validation (10%) and test set (20%), and were repeated 56 times using parallel computing. Different data augmentation strategies were implemented for the training dataset, including added random noise, spectral shift, spectral combination and artificially synthesized Raman spectra using one-dimensional generative adversarial networks (1D-GAN). The area under the receiver operating characteristic curve (ROC AUC) was used as a measure of the diagnostic performance. Conventional machine learning approaches, including partial least squares for discriminant analysis (PLS-DA), principal component and linear discriminant analysis (PC-LDA), support vector machine (SVM), and logistic regression (LR) were evaluated for comparison with the same data splitting scheme as the 1D-CNN. Results: The ROC AUC of the test dataset based on the original training spectra were 0.886±0.022 (1D-CNN), 0.870±0.028 (PLS-DA), 0.875±0.033 (PC-LDA), 0.864±0.027 (SVM), and 0.525±0.045 (LR), which were improved to 0.909±0.021 (1D-CNN), 0.899±0.022 (PLS-DA), 0.895±0.022 (PC-LDA), 0.901±0.020 (SVM), and 0.897±0.021 (LR) respectively after augmentation of the training dataset (p<0.0001, Wilcoxon test). Paired analyses of 1D-CNN with conventional machine learning approaches showed that 1D-CNN had a 1-3% improvement (p<0.001, Wilcoxon test). Conclusions: Data augmentation not only improved the performance of both deep neural networks and conventional machine learning techniques by 2-4%, but also improved the performance of the models on spectra with higher noise or spectral shifting. Convolutional neural networks slightly outperformed conventional machine learning approaches for skin cancer detection by Raman spectroscopy.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,684
Score d'incertitude au seuil0,411

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,374
Écart entre enseignants0,358 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations21
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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