Texture descriptors applied to digital mammography

Breast cancer is the second cause of death among women cancers. Computer Aided Detection has been demon- strated an useful tool for early diagnosis, a crucial as- pect for a high survival rate. In this context, several re- search works have incorporated texture features in mam- mographic image segmentation and description such as Gray-Level co-occurrence matrices, Local Binary Pat- terns, and many others. This paper presents an approach for breast density classi¯cation based on segmentation and texture feature extraction techniques in order to clas- sify digital mammograms according to their internal tis- sue. The aim of this work is to compare di®erent texture descriptors on the same framework (same algorithms for segmentation and classi¯cation, as well as same images). Extensive results prove the feasibility of the proposed ap- proach.Postprint (published version

An Efficient Automatic Mass Classification Method In Digitized Mammograms Using Artificial Neural Network

In this paper we present an efficient computer aided mass classification method in digitized mammograms using Artificial Neural Network (ANN), which performs benign-malignant classification on region of interest (ROI) that contains mass. One of the major mammographic characteristics for mass classification is texture. ANN exploits this important factor to classify the mass into benign or malignant. The statistical textural features used in characterizing the masses are mean, standard deviation, entropy, skewness, kurtosis and uniformity. The main aim of the method is to increase the effectiveness and efficiency of the classification process in an objective manner to reduce the numbers of false-positive of malignancies. Three layers artificial neural network (ANN) with seven features was proposed for classifying the marked regions into benign and malignant and 90.91% sensitivity and 83.87% specificity is achieved that is very much promising compare to the radiologist's sensitivity 75%.Comment: 13 pages, 10 figure

thermogram Breast Cancer Detection : a comparative study of two machine learning techniques

Breast cancer is considered one of the major threats for women’s health all over the world. The World Health Organization (WHO) has reported that 1 in every 12 women could be subject to a breast abnormality during her lifetime. To increase survival rates, it is found that it is very effective to early detect breast cancer. Mammography-based breast cancer screening is the leading technology to achieve this aim. However, it still can not deal with patients with dense breast nor with tumor size less than 2 mm. Thermography-based breast cancer approach can address these problems. In this paper, a thermogram-based breast cancer detection approach is proposed. This approach consists of four phases: (1) Image Pre-processing using homomorphic filtering, top-hat transform and adaptive histogram equalization, (2) ROI Segmentation using binary masking and K-mean clustering, (3) feature extraction using signature boundary, and (4) classification in which two classifiers, Extreme Learning Machine (ELM) and Multilayer Perceptron (MLP), were used and compared. The proposed approach is evaluated using the public dataset, DMR-IR. Various experiment scenarios (e.g., integration between geometrical feature extraction, and textural features extraction) were designed and evaluated using different measurements (i.e., accuracy, sensitivity, and specificity). The results showed that ELM-based results were better than MLP-based ones with more than 19%

False-positive reduction in mammography using multiscale spatial Weber law descriptor and support vector machines

In a CAD system for the detection of masses, segmentation of mammograms yields regions of interest (ROIs), which are not only true masses but also suspicious normal tissues that result in false positives. We introduce a new method for false-positive reduction in this paper. The key idea of our approach is to exploit the textural properties of mammograms and for texture description, to use Weber law descriptor (WLD), which outperforms state-of-the-art best texture descriptors. The basic WLD is a holistic descriptor by its construction because it integrates the local information content into a single histogram, which does not take into account the spatial locality of micropatterns. We extend it into a multiscale spatial WLD (MSWLD) that better characterizes the texture micro structures of masses by incorporating the spatial locality and scale of microstructures. The dimension of the feature space generated by MSWLD becomes high; it is reduced by selecting features based on their significance. Finally, support vector machines are employed to classify ROIs as true masses or normal parenchyma. The proposed approach is evaluated using 1024 ROIs taken from digital database for screening mammography and an accuracy of Az = 0.99 ± 0.003 (area under receiver operating characteristic curve) is obtained. A comparison reveals that the proposed method has significant improvement over the state-of-the-art best methods for false-positive reduction problem

Detection of Masses in Digital Mammograms using K-means and Support Vector Machine

Breast cancer is a serious public health problem in several countries. Computer Aided Detection/Diagnosis systems (CAD/CADx) have been used with relative success aiding health care professionals. The goal of such systems is contribute on the specialist task aiding in the detection of different types of cancer at an early stage. This work presents a methodology for masses detection on digitized mammograms using the K-means algorithm for image segmentation and co-occurrence matrix to describe the texture of segmented structures. Classification of these structures is accomplished through Support Vector Machines, which separate them in two groups, using shape and texture descriptors: masses and non-masses. The methodology obtained 85% of accuracy

Foundation and methodologies in computer-aided diagnosis systems for breast cancer detection

Breast cancer is the most prevalent cancer that affects women all over the world. Early detection and treatment of breast cancer could decline the mortality rate. Some issues such as technical reasons, which related to imaging quality and human error, increase misdiagnosis of breast cancer by radiologists. Computer-aided detection systems (CADs) are developed to overcome these restrictions and have been studied in many imaging modalities for breast cancer detection in recent years. The CAD systems improve radiologists’ performance in finding and discriminat- ing between the normal and abnormal tissues. These procedures are performed only as a double reader but the absolute decisions are still made by the radiologist. In this study, the recent CAD systems for breast cancer detec- tion on different modalities such as mammography, ultrasound, MRI, and biopsy histopathological images are introduced. The foundation of CAD systems generally consist of four stages: Pre-processing, Segmentation, Fea- ture extraction, and Classification. The approaches which applied to design different stages of CAD system are summarised. Advantages and disadvantages of different segmentation, feature extraction and classification tech- niques are listed. In addition, the impact of imbalanced datasets in classification outcomes and appropriate methods to solve these issues are discussed. As well as, performance evaluation metrics for various stages of breast cancer detection CAD systems are reviewed

Improvement of computerized mass detection on mammograms: Fusion of twoâ view information

Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/135080/1/mp6098.pd

Breast Cancer : automatic detection and risk analysis through machine learning algorithms, using mammograms

Tese de Mestrado Integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Engenharia Clínica e Instrumentação Médica), 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasCom 2.3 milhões de casos diagnosticados em todo o Mundo, durante o ano de 2020, o cancro da mama tornou-se aquele com maior incidência, nesse mesmo ano, considerando ambos os sexos. Anualmente, em Portugal, são diagnosticados aproximadamente sete mil (7000) novos casos de cancro da mama, com mil oitocentas (1800) mulheres a morrerem, todos os anos, devido a esta doença - indicando uma taxa de mortalidade de aproximadamente 5 mulheres por dia. A maior parte dos diagnósticos de cancro da mama ocorrem ao nível de programas de rastreio, que utilizam mamografia. Esta técnica de imagem apresenta alguns problemas: o facto de ser uma imagem a duas dimensões leva a que haja sobreposição de tecidos, o que pode mascarar a presença de tumores; e a fraca sensibilidade a mamas mais densas, sendo estas caraterísticas de mulheres com risco de cancro da mama mais elevado. Como estes dois problemas dificultam a leitura das mamografias, grande parte deste trabalhou focou-se na verificação do desempenho de métodos computacionais na tarefa de classificar mamografias em duas classes: cancro e não-cancro. No que diz respeito à classe “não cancro” (N = 159), esta foi constituída por mamografias saudáveis (N=84), e por mamografias que continham lesões benignas (N=75). Já a classe “cancro” continha apenas mamografias com lesões malignas (N = 73). A discriminação entre estas duas classes foi feita com recurso a algoritmos de aprendizagem automática. Múltiplos classificadores foram otimizados e treinados (Ntreino=162, Nteste = 70), recorrendo a um conjunto de características previamente selecionado, que descreve a textura de toda a mamografia, em vez de apenas uma única Região de Interesse. Estas características de textura baseiam-se na procura de padrões: sequências de pixéis com a mesma intensidade, ou pares específicos de pixéis. O classificador que apresentou uma performance mais elevada foi um dos Support Vector Machine (SVM) treinados – AUC= 0.875, o que indica um desempenho entre o bom e o excelente. A Percent Mammographic Density (%PD) é um importante fator de risco no que diz respeito ao desenvolvimento da doença, pelo que foi estudado se a sua adição ao set de features selecionado resultaria numa melhor performance dos classificadores. O classificador, treinado e otimizado utilizando as features de textura e os cálculos de %PD, com maior capacidade discriminativa foi um Linear Discriminant Analysis (LDA) – AUC = 0.875. Uma vez que a performance é igual à obtida com o classificador que utiliza apenas features de textura, conclui-se que a %PD parece não contribuir com informação relevante. Tal pode ocorrer porque as próprias características de textura já têm informação sobre a densidade da mama. De forma a estudar-se de que modo o desempenho destes métodos computacionais pode ser afetado por piores condições de aquisição de imagem, foi simulado ruído gaussiano, e adicionado ao set de imagens utilizado para testagem. Este ruído, adicionado a cada imagem com quatro magnitudes diferentes, resultou numa AUC de 0.765 para o valor mais baixo de ruído, e numa AUC de 0.5 para o valor de ruído mais elevado. Tais resultados indicam que, para níveis de ruído mais baixo, o classificador consegue, ainda assim, manter uma performance satisfatória – o que deixa de se verificar para valores mais elevados de ruído. Estudou-se, também, se a aplicação de técnicas de filtragem – com um filtro mediana – poderia ajudar a recuperar informação perdida aquando da adição de ruído. A aplicação do filtro a todas as imagens ruidosas resultou numa AUC de 0.754 para o valor mais elevado de ruído, atingindo assim um desempenho similar ao set de imagens menos ruidosas, antes do processo de filtragem (AUC=0.765). Este resultados parecem indicar que, na presença de más condições de aquisição, a aplicação de um filtro mediana pode ajudar a recuperar informação, conduzindo assim a um melhor desempenho dos métodos computacionais. No entanto, esta mesma conclusão parece não se verificar para valores de ruído mais baixo onde a AUC após filtragem acaba por ser mais reduzida. Tal resultado poderá indicar que, em situações onde o nível de ruído é mais baixo, a técnica de filtragem não só remove o ruído, como acaba também por, ela própria, remover informação ao nível da textura da imagem. De modo a verificar se mamas com diferentes densidades afetavam a performance do classificador, foram criados três sets de teste diferentes, cada um deles contendo imagens de mamas com a mesma densidade (1, 2, e 3). Os resultados obtidos indicam-nos que um aumento na densidade das mamas analisadas não resulta, necessariamente, numa diminuição da capacidade em discriminar as classes definidas (AUC = 0.864, AUC = 0.927, AUC= 0.905; para as classes 1, 2, e 3 respetivamente). A utilização da imagem integral para analisar de textura, e a utilização de imagens de datasets diferentes (com dimensões de imagem diferentes), poderiam introduzir um viés na classificação, especialmente no que diz respeito às diferentes áreas da mama. Para verificar isso mesmo, utilizando o coeficiente de correlação de Pearson, ρ = 0.3, verificou-se que a área da mama (e a percentagem de ocupação) tem uma fraca correlação com a classificação dada a cada imagem. A construção do classificador, para além de servir de base a todos os testes apresentados, serviu também o propósito de criar uma interface interativa, passível de ser utilizada como ficheiro executável, sem necessidade de instalação de nenhum software. Esta aplicação permite que o utilizador carregue imagens de mamografia, exclua background desnecessário para a análise da imagem, extraia features, teste o classificador construído e dê como output, no ecrã, a classe correspondente à imagem carregada. A análise de risco de desenvolvimento da doença foi conseguida através da análise visual da variação dos valores das features de textura ao longo dos anos para um pequeno set (N=11) de mulheres. Esta mesma análise permitiu descortinar aquilo que parece ser uma tendência apresentada apenas por mulheres doentes, na mamografia imediatamente anterior ao diagnóstico da doença. Todos os resultados obtidos são descritos profundamente ao longo deste documento, onde se faz, também, uma referência pormenorizada a todos os métodos utilizados para os obter. O resultado da classificação feita apenas com as features de textura encontra-se dentro dos valores referenciados no estado-da-arte, indicando que o uso de features de textura, por si só, demonstrou ser profícuo. Para além disso, tal resultado serve também de indicação que o recurso a toda a imagem de mamografia, sem o trabalho árduo de definição de uma Região de Interesse, poderá ser utilizado com relativa segurança. Os resultados provenientes da análise do efeito da densidade e da área da mama, dão também confiança no uso do classificador. A interface interativa que resultou desta primeira fase de trabalho tem, potencialmente, um diferenciado conjunto de aplicações: no campo médico, poderá servir de auxiliar de diagnóstico ao médico; já no campo da análise computacional, poderá servir para a definição da ground truth de potenciais datasets que não tenham legendas definidas. No que diz respeito à análise de risco, a utilização de um dataset de dimensões reduzidas permitiu, ainda assim, compreender que existem tendências nas variações das features ao longo dos anos, que são especificas de mulheres que desenvolveram a doença. Os resultados obtidos servem, então, de indicação que a continuação desta linha de trabalho, procurando avaliar/predizer o risco, deverá ser seguida, com recurso não só a datasets mais completos, como também a métodos computacionais de aprendizagem automática.Two million and three hundred thousand Breast Cancer (BC) cases were diagnosed in 2020, making it the type of cancer with the highest incidence that year, considering both sexes. Breast Cancer diagnosis usually occurs during screening programs using mammography, which has some downsides: the masking effect due to its 2-D nature, and its poor sensitivity concerning dense breasts. Since these issues result in difficulties reading mammograms, the main part of this work aimed to verify how a computer vision method would perform in classifying mammograms into two classes: cancer and non-cancer. The ‘non-cancer group’ (N=159) was composed by images with healthy tissue (N=84) and images with benign lesions (N=75), while the cancer group (N=73) contained malignant lesions. To achieve this, multiple classifiers were optimized and trained (Ntrain = 162, Ntest = 70) with a previously selected ideal sub-set of features that describe the texture of the entire image, instead of just one small Region of Interest (ROI). The classifier with the best performance was Support Vector Machine (SVM), (AUC = 0.875), which indicates a good-to-excellent capability discriminating the two defined groups. To assess if Percent Mammographic Density (%PD), an important risk factor, added important information, a new classifier was optimized and trained using the selected sub-set of texture features plus the %PD calculation. The classifier with the best performance was a Linear Discriminant Analysis (LDA), (AUC=0.875), which seems to indicate, once it achieves the same performance as the classifier using only texture features, that there is no relevant information added from %PD calculations. This happens because texture already includes information on breast density. To understand how the classifier would perform in worst image acquisition conditions, gaussian noise was added to the test images (N=70), with four different magnitudes (AUC= 0.765 for the lowest noise value vs. AUC ≈ 0.5 for the highest). A median filter was applied to the noised images towards evaluating if information could be recovered. For the highest noise value, after filtering, the AUC was very close to the one obtained for the lowest noise value before filtering (0.754 vs 0.765), which indicates information recovery. The effect of density in classifier performance was evaluated by constructing three different test sets, each containing images from a density class (1,2,3). It was seen that an increase in density did not necessarily resulted in a decrease in performance, which indicates that the classifier is robust to density variation (AUC = 0.864, AUC= 0.927, AUC= 0.905 ; for class 1, 2, and 3 respectively). Since the entire image is being analyzed, and images come from different datasets, it was verified if breast area was adding bias to classification. Pearson correlation coefficient provided an output of ρ = 0.22, showing that there is a weak correlation between these two variables. Finally, breast cancer risk was assessed by visual texture feature analysis through the years, for a small set of women (N=11). This visual analysis allowed to unveil what seems to be a pattern amongst women who developed the disease, in the mammogram immediately before diagnosis. The details of each phase, as well as the associated final results are deeply described throughout this document. The work done in the first classification task resulted in a state-of-the-art performance, which may serve as foundation for new research in the area, without the laborious work of ROI definition. Besides that, the use of texture features alone proved to be fruitful. Results concerning risk may serve as basis for future work in the area, with larger datasets and the incorporation of Computer Vision methods

COMPLETED LBP BASED TEXTURE ANALYSIS IN MAMMOGRAM

Breast cancer is a frequent cancer diseases and it is the leading cause of cancer death among women in most of the occidental countries. Mammography is one among the key tool to identify the location and size of tumor in the breast. Texture analysis plays an important role in detecting the disease patterns in mammogram and to identify the masses as normal or abnormal. The local binary pattern descriptor provides an illumination invariant and rotation invariant approach for the texture analysis. However the LBP consider only the sign parameters. So it may lose some textural information. This can be overcome by considering the sign, magnitude and centre gray level values. Here a new approach for the Texture analysis in mammogram using completed LBP is presented. Although different methods have been proposed most of them suffer from large number of false positives. In contrast this method uses textural properties to reduce the number of false positives