Diagnóstico de cáncer oral mediante algoritmos de aprendizaje profundo

Contenido principal del artículo

Mayra Alejandra Dávila Olivos
Henry Miguel Herrera Del Águila
Félix Melchor Santos López

Resumen

El propósito de este estudio fue diagnosticar automáticamente el cáncer oral en imágenes de labios, mucosa y cavidad oral utilizando aprendizaje profundo. Se propuso un modelo de red neuronal convolucional (CNN) profunda con aumento de datos para el diagnóstico de enfermedades bucodentales. Se desarrolló una CNN profunda de MobileNet para detectar y clasificar la enfermedad de cáncer oral en la zona de los labios, mucosa y cavidad oral. El conjunto de datos de 131 imágenes de labios, mucosa y cavidad oral estaba compuesto por 87 casos positivos y 44 casos negativos. Además, el número de imágenes se multiplicó mediante cambios de corte, enfoque, rotación, brillo y volteo. Se evaluó el rendimiento de diagnóstico de la CNN propuesta a través del cálculo de la exactitud, la precisión, la recuperación, la puntuación F1 y el AUC (Área bajo la curva) para la enfermedad de cáncer oral. El rendimiento general del diagnóstico de la enfermedad de cáncer oral alcanzó el 90,9 % de exactitud y 0,91 AUC usando la CNN con el conjunto de datos. El método CNN desarrollado para diagnosticar automáticamente el cáncer oral en imágenes de labios, mucosa y cavidad oral usando aumento de datos mostró una alta exactitud, precisión, recuperación, puntaje F1 y AUC a pesar del número limitado de imágenes de labios, mucosa y cavidad oral utilizadas.

Detalles del artículo

Sección
Artículo Científico

Referencias

L. A. Zanella-Calzada, C. E. Galván-Tejada, N. M. Chávez-Lamas, J. Rivas-Gutierrez, R. Magallanes-Quintanar, J. M. Celaya-Padilla, J. I. Galván-Tejada, and H. Gamboa-Rosales, “Deep artificial neural networks for the diagnostic of caries using socioeconomic and nutritional features as determinants: Data from nhanes 2013–2014,” Bioengineering, vol. 5, no. 2, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.3390/bioengineering5020047

J. Shan, R. Jiang, X. Chen, Y. Zhong, W. Zhang, L. Xie, J. Cheng, and H. Jiang, “Machine learning predicts lymph node metastasis in early-stage oral tongue squamous cell carcinoma,” Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, vol. 78, no. 12, pp. 2208–2218, 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.joms.2020.06.015

A. M. Bur, A. Holcomb, S. Goodwin, J. Woodroof, O. Karadaghy, Y. Shnayder, K. Kakarala, J. Brant, and M. Shew, “Machine learning to predict occult nodal metastasis in early oral squamous cell carcinoma,” Oral Oncology, vol. 92, pp. 20–25, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.oraloncology.2019.03.011

O. Kwon, T.-H. Yong, S.-R. Kang, J.-E. Kim, K.-H. Huh, M.-S. Heo, S.-S. Lee, S.-C. Choi, and W.-J. Yi, “Automatic diagnosis for cysts and tumors of both jaws on panoramic radiographs using a deep convolution neural network,” Dentomaxillofacial Radiology, vol. 49, no. 8, p. 20200185, Dec 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1259/dmfr.20200185

X. Zhang, Y. Liang, W. Li, C. Liu, D. Gu, W. Sun, and L. Miao, “Development and evaluation of deep learning for screening dental caries from oral photographs,” Oral Diseases, vol. 28, no. 1, pp. 173–181, 2022. [Online]. Available: https://doi.org/10.1111/odi.13735

H.-J. Chang, S.-J. Lee, T.-H. Yong, N.-Y. Shin, B.-G. Jang, J.-E. Kim, K.-H. Huh, S.-S. Lee, M.-S. Heo, S.-C. Choi, T.-I. Kim, and W.-J. Yi, “Deep learning hybrid method to automatically diagnose periodontal bone loss and stage periodontitis,” Scientific Reports, vol. 10, no. 1, p. 7531, May 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1038/s41598-020-64509-z

H. Lin, H. Chen, L. Weng, J. Shao, and J. Lin, “Automatic detection of oral cancer in smartphone-based images using deep learning for early diagnosis,” Journal of Biomedical Optics, vol. 26, no. 8, p. 086007, 2021. [Online]. Available: https://doi.org/10.1117/1.JBO.26.8.086007

W. Li, Y. Liang, X. Zhang, C. Liu, L. He, L. Miao, and W. Sun, “A deep learning approach to automatic gingivitis screening based on classification and localization in rgb photos,” Scientific Reports, vol. 11, no. 1, p. 16831, Aug 2021. [Online]. Available: https://doi.org/10.1038/s41598-021-96091-3

M. A. Dávila Olivos and F. M. Santos López, “Prediction models of oral diseases: A systematic review of the literature,” in Emerging Research in Intelligent Systems, G. F. Olmedo Cifuentes, D. G. Arcos Avilés, and H. V. Lara Padilla, Eds. Cham: Springer Nature Switzerland, 2024, pp. 309–322. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/978-3-031-52255-0_22

A. Pujara, “Image classification with mobilenet,” Analytics Vidhya, 2020. [Online]. Available: https://n9.cl/coutpg

F. Melo, Receiver Operating Characteristic (ROC) Curve. New York, NY: Springer New York, 2013, pp. 1818–1823. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9863-7_242

——, Area under the ROC Curve. New York, NY: Springer New York, 2013, pp. 38–39. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/

-1-4419-9863-7_209

H. Rhys, Machine Learning with R, the tidyverse, and mlr. Manning Publications, 2020. [Online]. Available: https://n9.cl/q3hijw

LabTests Online UK. (2018) Accuracy, precision, specificity & sensitivity. Association for Laboratory Medicine. [Online]. Available: https://n9.cl/8cvyg

J. Martinez Heras. (2018) Machine learning lectures esa. GitHub, Inc. [Online]. Available: https://n9.cl/k41itf

OMS. (2021) Salud bucodental. Organización Mundial de la Salud. [Online]. Available: https://n9.cl/zpz0f

Kaggle. (2020) Oral cancer (lips and tongue) images. Kaggle. [Online]. Available: https://n9.cl/7ftbq

Keras. (2022) Mobilenet, mobilenetv2, and mobilenetv3. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/dcvs2

S. Sharma. (2022) Epoch vs batch size vs iterations. Medium. [Online]. Available: https://n9.cl/wlxncj

S. Manna. (2022) K-fold cross validation for deep learning models using keras. Medium. [Online]. Available: https://n9.cl/hmyvr

Keras. (2022) Earlystopping. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/undx7

——. (2022) Adam. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/x9m53

——. (2022) The sequential class. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/yi56j

GeeksforGeeks. (2022) Keras.conv2d class. Geeks for Geeks. [Online]. Available: https://n9.cl/6bemi

Keras. (2022) Layer activation functions. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/d9yeb

——. (2022) Maxpooling2d layer. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/51sbk

——. (2022) Flatten layer. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/cufk4

I. Hull, Dense layers – Introduction to tensorflow in Python. DataCamp. [Online]. Available: https://n9.cl/hny28

Keras. (2022) Dropout layer. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/02hdv

——. (2022) Metrics. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/jmihj

——. (2022) Probabilistic metrics. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/b3w2a

——. (2022) Accuracy metrics. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/7l3dt

Data Science Team. (2020) Validación cruzada k-fold. Data Science Team. [Online]. Available: https://n9.cl/c2i0bp

R. Delgado. (2018) Introducción a la validación cruzada (k-fold cross validation) en r. Amazonaws. [Online]. Available: https://n9.cl/ijyq

S. Yildirim. (2020) How to train test split : Kfold vs stratifiedkfold. Medium. [Online]. Available: https://n9.cl/ymp9q

Keras. (2022) Python & numpy utilities. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/zrhgh

J. Utrera Burgal. (2019) Tratamiento de imágenes usando imagedatagenerator en keras. Knowmad mood. [Online]. Available: https://n9.cl/5gobr

Keras. (2022) Model training apis. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/4gjr6

——. (2022) Modelcheckpoint. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/wvut7

Tensorflow. (2022) Guardar y cargar modelos. TensorFlow. [Online]. Available: https://n9.cl/cjflnu

Scikit Learn. (2022) sklearn.metrics.confusion matrix. Scikit-learn developers. [Online]. Available: https://n9.cl/ya6b1h

Matplotlib. (2022) matplotlib.pyplot.subplot. Matplotlib. [Online]. Available: https://n9.cl/

vlv1fe

Keras. (2022) Grad-cam class activation visualization. Keras. [Online]. Available: https://n9.cl/r5l7k

Scikitlearn. (2022) sklearn.metrics.roc curve. Scikitlearn. [Online]. Available: https://n9.cl/qles5

——. (2022) sklearn.metrics.roc auc score. Scikitlearn. [Online]. Available: https://n9.cl/1zf6r