A lightweight multi-path convolutional neural network architecture using optimal features selection for multiclass classification of brain tumor using magnetic resonance images
Amreen Batool, Yung-Cheol Byun
IF 7.9 (2025)
Results in Engineering
뇌종양 진단은 뇌에서 비정상 세포가 성장함에 따른 높은 사망률 때문에 정밀성이 요구된다. 컴퓨터보조진단(CAD) 시스템은 Convolutional Neural Networks (CNN)와 같은 첨단 기술을 활용하여 MRI 영상에서 뇌종양을 성공적으로 검출해 왔으며, 이를 통해 조기 질병 식별, 생존율 향상, 그리고 전문적인 MRI 분석에 대한 의존도를 줄일 수 있다. 그러나 기존 연구들은 Rician 잡음 및 스케일링이 딥러닝 성능에 미치는 영향을 자주 간과하며, 종양의 크기, 위치, 형태 및 경계가 다양함을 고려하지 못하는 경우가 많다. AlexNet, Residual Networks (ResNet), Inception V3와 같은 사전 학습 모델은 효과적이지만, 학습 가능한 파라미터로 인해 계산 비용이 높다. 따라서 각 합성곱 층에서 서로 다른 합성곱 필터를 사용하여 다양한 방식으로 특징을 추출하는 경량형 Multi-path Convolutional Neural Network (M-CNN)를 도입한다. 또한, 제안된 멀티패스 구조의 성능과 계산 효율을 향상시키기 위해 가장 유망한 특징을 선택하도록 구현된 최적 특징 모듈을 추가로 제안한다. 더 나아가, 제안된 M-CNN의 성능을 Convolutional Neural Network (CNN), Deep Convolutional Neural Network (D-CNN) 및 기타 최신 딥러닝 아키텍처와 비교하여, 모든 특징 및 선택된 특징을 사용한 뇌종양 검출에서의 성능을 평가한다. 제안된 M-CNN은 전통적인 Convolutional Neural Network (CNN) 아키텍처를 능가하며, 모든 특징에서 92.25%의 정확도, 선택된 특징에서 96.03%의 정확도를 달성한다. 이는 단순 CNN, Deep CNN 및 AlexNet, ResNet, Inception V3와 같은 기타 최신 아키텍처에 비해 더 낮은 계산 오버헤드 하에서 우수한 분류 성능과 효율을 보여준다. 제안된 M-CNN은 과적합 위험을 줄이면서 계산 효율을 최적화하여 정확한 뇌종양 분류를 수행한다.
• 다중 합성곱 층의 통합을 기반으로 한 M-CNN 아키텍처를 개발한다.
• M-CNN의 서로 다른 커널 크기가 다중 분류 뇌종양 검출에 미치는 영향을 분석한다.
• 특징 선택을 적용하여 뇌종양 분류를 위한 계산 복잡도를 감소시킨다.
• 제안된 M-CNN의 경험적 유효성과 계산 효율을 기존 CNN 기반 DL 아키텍처들과 비교하여 평가한다.
• 뇌종양 검출을 위한 서로 다른 특징 집합을 사용해 포괄적인 분석을 제공한다.
https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.104327
Convolutional neural network
Selection (genetic algorithm)
Computer science
Artificial intelligence
Path (computing)
Pattern recognition (psychology)
Architecture
Magnetic resonance imaging
Medicine
Radiology
상세 정보 바로가기