تشخيص سه‌بعدي سرطان پستان با استفاده توام از روش‌هاي ماشين بردار پشتيبان و المان محدود

3-D BREAST CANCER DETECTION USING SUPPORT VECTOR MACHINES AND FINITE ELEMENT METHODS

پيش‌زمينه و هدف: سرطان پستان از نوع گسترده از شايع‌ترين سرطان در زنان جهان است. بنابراين، بسياري از كشورها به جهت تشخيص سرطان در مراحل اوليه برنامه‌هاي غربالگري را شروع كرده‌اند. به‌منظور تشخيص سرطان پستان به‌صورت سه‌بعدي با استفاده از بردارهاي پشتيبان از فرضيه تشخيص جسم دفن شده استفاده گرديده است. فرستنده‌ها و گيرنده‌ها در قسمت بالاي پستان قرار مي‌گيرند. هر فرستنده موج الكترومغناطيسي تك‌رنگ را تشعشع مي‌كند. تومورها داخل بافت پستان (خروجي) و مقادير مربوط به ميدان الكتريكي جمع‌آوري‌شده توسط گيرنده‌ها (ورودي) مي‌باشند. مواد و روش‌‌ها: يك هندسه مسطح پيشنهادي را در نظر بگيريد، به‌طوري‌كه در آن يك بيمار به پشت خوابيده و پستان به‌طور طبيعي پهن شده است. بافت سرطاني به‌صورت يك شبكه مشبك سه‌بعدي از سلول‌هاي طبقه‌بندي‌شده در نظر گرفته مي‌شود. به دليل اينكه بافت پستان را بتوان با درجه بالايي از دقت به‌صورت محيط خطي در نظر گرفت، سيگنال‌هاي دريافتي در فركانس تك‌رنگ مي‌باشند. اختصاص دادن يك احتمال پسين متعلق به يك بافت بدخيم با در نظر گرفتن ميدان الكتريكي مناسب است. بحث و نتيجه‌گيري: نتايج بر روي داده‌هاي الكترومغناطيسي مركب از مواد مصنوعي با استفاده از روش المان محدود و روش‌هاي لايه‌هاي كاملاً تطبيقي انجام پذيرفته است. همچنين محيط‌هاي نويزي براي شبيه‌سازي واقعي اندازه‌گيري سيگنال در نظر گرفته شده است. محدوده‌هايي براي پارامترهاي مدل با كمترين تعداد بردارهاي پشتيبان انتخاب مي‌شود. تقريباً تمامي نمونه‌ها در مجموعه آموزش به بردارهاي پشتيبان تبديل مي‌شوند. با معيارهاي مختلف بهترين مدل انتخاب مي‌شود. موقعيت‌هاي واقعي تومور با مربع‌هاي سفيد برجسته مشخص مي‌شوند. وابستگي قابليت پيش‌بيني در عمق موقعيت تومور قابل‌مشاهده نيست مگر اينكه تومور دقيقاً زير لايه پوست قرار بگيرد. همچنين بايد يادآور شد كه منبع تشعشعي منفرد (دوقطبي) در اين كار استفاده شده است. احتمالاً تابش حوزه در امتداد محورهاي افقي كه توسط يك دوقطبي ايجاد مي‌شود به ميزان كافي همگن نيست لذا منابع تشعشعي چندگانه به‌عنوان روش بالقوه براي افزايش كيفيت پيش‌بيني پيشنهاد مي‌گردند. نگاشت‌هاي احتمالي به‌دست‌آمده حاكي از اين است كه ناحيه اطراف تومور معمولاً به‌طور واضحي متفاوت از ساير مقادير احتمالي مي‌باشد.

Background & Aims: Breast cancer is one of the most prevalent non-skin-related malignancies among women in the world. Thus, many countries have commenced screening test in early stages in order to diagnose breast cancer. Buried object detection is performed in the present work to detect 3-D breast cancer applying SVM classifier. Some transmitters and receivers are located above the breast. Each transmitter radiates monochromatic electromagnetic wave. Materials & Methods: When a patient is positioned in a supine position, the breast is naturally flattened. The breast tissue is considered as 3-D lattice of classification cells. Since breast tissue can be considered with high order of accuracy as a linear medium, the received signals are monochromatic. Results: Some particular ranges of parameters have been covered during model selection. Almost all samples in the training set were converted to support vectors. It is worthy to remind that single radiation source (dipole) has been used for the present work. Conclusion: The simulation has been carried out on synthetic electromagnetic data obtained by means of Finite Element Method and Perfectly Matched Layers techniques. Noisy environments have been considered as well in order to simulate realistic conditions of signal measurement. The real positions of the tumor are marked by white contour squares. The dependence of the prediction quality on the depth of the tumor location is not observable unless the tumor is directly under the skin layer. Probability maps obtained demonstrate that the region around the tumor location usually clearly stands out against the background of overall probability values