I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.   14 ,   No .   2 A p r il   20 25 ,   p p .   1 4 9 6 ~ 1 5 0 6   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 14 .i 2 . p p 1 4 9 6 - 1 5 0 6          1496     J o ur na ho m ep a g e h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   H y brid mo del  de t ection a nd c la ss ifi ca tion o lung  can cer       Ra m i Y o us ef 1 E m a n   Ya s er   Da ra g hm i 2   1 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S y st e ms  En g i n e e r i n g ,   P a l e s t i n e   Te c h n i c a l   U n i v e r si t y K a d o o r i e ,   T u l k a r m ,   P a l e s t i n e   2 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   P a l e st i n e   Te c h n i c a l   U n i v e r si t y K a d o o r i e T u l k a r m,  P a l e s t i n e       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   21 2 0 2 4   R ev is ed   No v   4 2 0 2 4   Acc ep ted   No v   1 4 2 0 2 4       L u n g   c a n c e r   ra n k s   a m o n g   t h e   m o st   p re v a len t   m a li g n a n c ies   wo rld w id e .   Early   d e tec ti o n   is   p iv o tal   to   imp ro v in g   trea tme n t   o u tc o m e s   fo r   v a rio u s   c a n c e r   ty p e s .   Th e   i n teg ra ti o n   of   a rti fici a l   in telli g e n c e   (AI)   in t o   ima g e   p ro c e ss in g ,   c o u p le d   with   t h e   a v a il a b i li ty   of   c o m p re h e n si v e   h ist o rica l   lu n g   c a n c e r   d a tas e ts,   p ro v id e s   t h e   c h a n c e   to   c re a te   a   c las sific a ti o n   m o d e l   b a se d   on   d e e p   lea rn in g ,   th u s   imp r o v i n g   th e   p re c isio n   a n d   e ffe c ti v e n e ss   of   d e tec ti n g   lu n g   c a n c e r.   Th is   not   o n l y   a id s   lab o ra to ry   tea m s   but   a lso   c o n tri b u tes   to   re d u c i n g   th e   ti m e   to   d iag n o sis   a n d   a ss o c iate d   c o sts.   Co n se q u e n tl y ,   e a rly   d e tec ti o n   se rv e s   to   c o n se rv e   re so u rc e s   a n d ,   m o re   si g n i fica n tl y ,   h u m a n   l i v e s.   Th is   stu d y   p r o p o se c o n v o lu ti o n a n e u ra n e two r k   (CNN m o d e ls  a n d   tran sfe r   lea rn in g - b a se d   a rc h it e c t u re s,  i n c lu d i n g   Re sN e t5 0 ,   VG G 1 9 ,   De n se Ne t1 6 9 ,   a n d   I n c e p ti o n V3 ,   f o l u n g   c a n c e c las sifica ti o n .   An   e n se m b le  a p p ro a c h   is  u se d   to   e n h a n c e   o v e ra ll   c a n c e d e tec ti o n   p e rfo rm a n c e .   Th e   p ro p o se d   e n se m b le m o d e l,   c o m p o se d   o fi v e   e ffe c ti v e   m o d e ls,  a c h iev e s a n   F 1 - sc o re   o f   9 7 . 7 7 %   a n d   a n   a c c u ra c y   ra te  o 9 7 . 5 %   o n   th e   IQ - OTH/NCCD   tes d a tas e t.   Th e se   fin d in g s   h ig h li g h t   t h e   e ff e c ti v e n e ss   a n d   d e p e n d a b i li ty   of   our   n o v e l   m o d e l   in   a u to m a ti n g   th e   c las sifi c a ti o n   of   lu n g   c a n c e r,   o u tp e rf o r m in g   p ri o r   re se a rc h   e ffo rts,   stre a m li n in g   d iag n o sis   p ro c e ss e s,   a n d   u lt ima tely   c o n tri b u ti n g   to   th e   p re se rv a ti o n   of   p a ti e n ts'   li v e s.   K ey w o r d s :   Ar tific ial  in telleg en ce   C o n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k   E n s em b le  lear n in g   L u n g   ca n ce r   T r an s f er   lear n i n g   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R am i Y o u s e f   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Sy s t em s   E n g in ee r in g Palest in T ec h n ical  Un iv er s ity   J af f Stre et,   T u lk ar m ,   Palest in e   E m ail: r . y o u s u f @ p tu k . ed u . p s       1.   I NT RO D UCT I O N   C an ce r   is   a   d is ea s e   th at   m an i f ests   in   m an y   way s   an d   is   m o s tly   lin k ed   to   ab er r an t   ce ll   p o p u latio n s .   T h ese   ca n ce r   ce lls   k ee p   d iv i d in g   a n d   ex p a n d in g   to   b ec o m e   tu m o r s .   L u n g   c an ce r   is   c an ce r   th at   p o s es   th e   g r ea test   r is k   to   h u m a n   life   g l o b ally .   As   p er   t h e   W o r ld   He alth   Or g an izatio n   [ 1 ] ,   lu n g   ca n ce r   is   th e   lead in g   ca u s e   of   m o r tality   wo r l d wid e.   In   2 0 0 8 ,   lu n g   ca n ce r   ac co u n t ed   f o r   1 . 3 7   m illi o n   d e ath s   g lo b ally   [ 2 ] .   B ased   on   th e   av ailab le   d ata,   lu n g   ca n ce r   co m p r is es   th e   m ajo r ity   of   n ew   ca n ce r   d iag n o s es   wo r ld wid e,   with   1 , 3 5 0 , 0 0 0   n ew   ca s es,   r ep r esen tin g   1 2 . 4 %   of   all   n ew   ca n ce r   ca s es.   Ad d itio n ally ,   it   c o n s titu tes   th e   m ajo r ity   of     ca n ce r - r elate d   f atalities,   with   1 , 1 8 0 , 0 0 0   d ea th s ,   ac co u n tin g   f o r   1 7 . 6 %   of   all   ca n ce r   d ea th s   [ 3 ] .   L u n g   ca n ce r   r an k ed   f ir s t   am o n g   ca u s es   of   d ea th   f o r   m en   a n d   th ir d   am o n g   ca u s es   of   d ea th   f o r   wo m en   in   th e   Glo b al   C an ce r   Ob s er v ato r y   d atab ase   cr ea ted   by   th e   I n ter n atio n al   Ag en c y   f o r   R esear ch   on   C an ce r   ( I AR C )   in   2018.   T h e   d atab ase   en co m p ass ed   r ates   of   b o th   i n cid en ce   an d   m o r tality   f o r   36   ca n ce r   ty p es   ac r o s s   1 8 5   co u n tr ies.   Nea r l y   1 . 8   m illi o n   f atalities   f r o m   ca n ce r   wer e   r ec o r d ed   in   2 0 1 8 ,   ac co u n tin g   f o r   a b o u t   1 8 . 4 %   of   all   ca n ce r - r elate d   d ea th s   [ 4 ] .   Du e   to   th e   alar m in g   in cr ea s e   in   lu n g   ca n ce r   f atal ities   an d   th e   d is ea s e's   ex ce s s i v ely   h ig h   in ci d en ce   by   n at u r e,   m an y   s tu d ies   f o c u s in g   on   ca n ce r   co n tr o l   a n d   p r o m p t   id en tific atio n   m eth o d s   h av e   em e r g ed   to   r ed u ce   m o r tality .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8         Hyb r id   mo d el  d etec tio n   a n d   c la s s ifica tio n   o f lu n g   ca n ce r   ( R a mi  Yo u s ef )   1497   T h e   p o ten tial   of   a   s u cc ess f u l   cu r e   f o r   lu n g   ca n ce r   is   c o n ti n g en t   u p o n   th e   tim ely   d etec tio n   of   th e   d is ea s e   an d   th e   ac cu r ac y   of   d i ag n o s tic   p r o ce d u r es.   E f f ec tiv e   d iag n o s tic   m eth o d s   co n tr ib u t e   to   a   r e d u ctio n   in   th e   in cid en ce   of   lu n g   ca n ce r s ,   an d   th e   ea r ly   id en tific atio n   of   th e   ailm en t   is   f u n d am e n t ally   im p er ativ e   f o r   ac h iev in g   a   f av o r ab le   p r o g n o s is   in   lu n g   ca n ce r   tr ea tm en t.   Pre s en tly ,   th er e   ex is t   s ev en   m o d alities   f o r   th e   m an ag em en t   of   lu n g   ca n ce r ,   wh ich   en co m p ass   cy to lo g y   s p u tu m   a n d   b r ea th   an aly s es,   p o s itro n   em is s io n   to m o g r a p h y   ( PET ) ,   m ag n etic   r eso n an ce   im ag in g   ( MRI) ,   an d   ch est   r ad io g r ap h s   ( C XR s )   [ 2 ] .   It   is   n o tewo r th y   th at   C X R s ,   s p u tu m   cy to lo g y ,   an d   co m p u te d   to m o g r ap h y   ( C T )   s ca n s   en tail   ex p o s u r e   to   io n izin g   r ad iatio n ,   wh ile   MRI   an d   PET   s ca n s   im p o s e   ce r tain   lim itatio n s   on   th e   p r ec is e   id en tific atio n   a n d   s ta g in g   of   lu n g   ca n ce r .   It   is   ess en tial   to   ac k n o wled g e   th at   th ese   d iag n o s tic   tech n i q u es   ar e   not   with o u t   th eir   in h er en t   lim itatio n s .   Fu r th er m o r e ,   it   is   ess en tial   to   co n s id er   th at   th e   ad m in is tr atio n   of   a   s er u m   test   is   an   in v asiv e   m ed ical   p r o ce d u r e,   a n d   its   lim ited   ca p ac ity   f o r   ea r ly   d etec tio n   s en s itiv ity   an d   s p ec if icity   r e n d er s   it   u n s u itab le   as   a   p r im ar y   d iag n o s tic   to o l   [ 5 ] .   C o n v er s ely ,   th e   ass ess m en t   of   s p u tu m   n ec ess itates   ad d itio n al   in v esti g atio n   d u e   to   th e   p r esen ce   of   g en e   p r o m o ter   m eth y latio n ,   as   in d icate d   by   a   s tu d y   on   www. ieee c. ir   [ 5 ] .   D esp ite   th is   n ee d   f o r   ad d itio n al   s cr u tin y ,   s p u tu m   an aly s is   s h o ws   p o ten tial   to   f ac ilit ate   tim ely   id en tific atio n   of   lu n g   ca n ce r .   Ad d itio n ally ,   v o latile   o r g an ic   co m p o u n d s   ( VOCs )   d etec ted   in   u r in e   h av e   d e m o n s tr ated   n o t ewo r th y   s en s itiv ity   an d   s p ec if icity ,   alth o u g h   a   la r g er   s am p le   s ize   is   n ec ess ar y   f o r   m o r e   r o b u s t   r esu lts   [ 5 ] .   C o n v er s ely ,   ch est     X - r ay s   ( C XR )   ex h ib it   r elativ ely   lo w   s en s itiv ity   an d   a r e   p r o n e   to   p r o d u cin g   f alse - n eg ativ e   o u tco m es,   as   r ep o r ted   in   p r ev i o u s   s tu d ies   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   Pre s en tly ,   th e   m o s t   d e p en d ab le   ap p r o ac h   to   d etec tin g   lu n g   ca n ce r   is   th e   u tili za tio n   of   CT   im a g in g .   T h is   im ag in g   m o d ality   o f f er s   p r ec is e   in f o r m atio n   r eg ar d in g   t h e   lo ca tio n   an d   s ize   of   p u lm o n ar y   n o d u les,   en ab lin g   th e   ea r ly   d etec tio n   of   ca n ce r o u s   g r o wth s .   L o w - d o s e   CT   s c r ee n in g   h as   p r o v en   ef f ec tiv e   in   id en tif y in g   ea r ly - s tag e   ca n ce r   t u m o r s ,   r esu ltin g   in   a   n o ta b le   2 0 . 0 %   r e d u ctio n   in   m o r tality   wh e n   co m p ar ed   to   co n v en tio n al   r ad i o g r ap h ic   tech n iq u es,   an d   an   in cr ea s ed   r ate   of   p o s itiv e   s cr ee n in g   r esu lts   [ 8 ] .   Deep   lear n in g   is   a   s p ec ialized   b r an ch   of   m ac h i n e   lear n in g   ( ML ) ,   wh ich   its elf   f alls   with in   th e   lar g er   f ield   of   ar tific ial   in tellig en ce   ( AI ) .   T h e   o v er ar ch i n g   o b jecti v e   of   AI   is   to   f u r n is h   a   co lle ctio n   of   alg o r ith m s   an d   m eth o d o l o g ies   d esig n ed   to   ad d r ess   p r o b lem s   t h at   h u m a n s   ef f o r tles s ly   an d   in tu itiv ely   u n d er tak e   but   p o s e   s ig n if ican t   co m p u tatio n al   ch al len g es.   ML ,   as   a   d is c i p li n e ,   is   h a r n e s s e d   f o r   t h e   p u r p o s e   of   p a t t e r n   r e c o g n i t i o n ,   w i t h   d e e p   le a r n i n g   c o m p r i s i n g   a   c a t e g o r y   of   ML   al g o r i t h m s   c o n c e i v e d   by   d r a wi n g   i n s p i r a t i o n   f r o m   t h e   s t r u c t u r a l   a n d   o p e r a t i o n a l   p r in c i p l e s   of   t h e   h u m a n   b r a i n .   Deep   l e a r n i n g   e n d e a v o r s   to   e m u l a t e   t h e   h u m a n   p e r c e p t u a l   p r o c e s s   by   e s t a b l is h i n g   a r t i f i c ia l   n e u r o n s   or   n o d e s   w i t h i n   l a y e r e d   a r c h i t e ct u r e s ,   wh i c h   a r e   c a p a b l e   of   f e a t u r e   e x t r a c ti o n   f r o m   o b j e c ts .   T h i s   i m p l i es   t h at   w h e n   a p p l ied   to   i m a g e   c la s s i f ic a t i o n   ta s k s ,   d e e p   l e a r n i n g   a i m s   to   d i s c e r n   p a tt e r n s   f r o m   a   s e t   of   i m a g e s   f o r   t h e   p u r p o s e   of   d i s t i n g u is h i n g   b e t w ee n   d i v e r s e   c l a s s es   or   o b j e c ts .   S i g n i f i c a n t l y ,   t h e   n e u r a l   n et w o r k ' s   t r a i n i n g   p r o c es s   i n v o l v es   th e   a u t o m a t i c   e x t r ac t i o n   of   i m ag e   f e a t u r e s   [ 9 ] .   In   th e   m e d ical   d o m ai n ,   s p ec if ically   with in   th e   co n te x t   of   lu n g   ca n ce r   d iag n o s is ,   th e   p r in cip al   d iag n o s tic   tech n iq u e   r elies   on   th e   e x am in atio n   of   tis s u e   s am p les.   Ho wev er ,   it   is   wo r t h   ac k n o wled g i n g   t h at   th is   d iag n o s tic   p r o ce d u r e   en ta ils   a   tim e - co n s u m in g   p r o ce s s .   Utilizin g   an   ar r ay   of   d eep   le ar n in g   m o d els   an d   tr an s f er   lear n in g - b ased   m o d els,   in clu d in g   R esNet5 0 ,   E f f icien tNetB 7 ,   Den s eNe t1 6 9 ,   VGG1 6 ,   VGG1 9 ,   Xce p tio n ,   a n d   I n ce p tio n V3 ,   a p p lied   to   th e   lu n g   ca n ce r   d ata s et   IQ - OT H/NC C D,   we   in tr o d u ce   a   d eep   lear n i n g   m eth o d o l o g y   in   th is   r esear ch   to   tr ain   a n d   test   th e   m o d els   a t:   h ttp s ://www. k ag g le. co m /co d e/k er n eler /s tar ter - th e - iq - o th - n cc d - lu n g - ca n ce r - 0 9 c3 a8 c9 - 4 /d ata .       2.   R E L AT E WO RK   T h e   id e n tific atio n   of   p u lm o n a r y   ir r e g u lar ities   co n s titu tes   a   s u b s tan tial   h az ar d   to   h u m an   well - b ein g ,   an d   th e   tim ely   r ec o g n itio n   th er eo f   ass u m es   a   p iv o tal   r o le   in   r is k   m itig atio n .   T im ely   d iag n o s is   f ac ilit ates   ex p ed itio u s   an d   ef f icac io u s   in ter v en tio n ,   th er e b y   r e d u cin g   p o ten tial   co m p licatio n s   an d   en h an cin g   p atien t   o u tco m es.   Am o n g   th e   d iag n o s tic   m o d es,   CT   em er g es   as   a   n o tewo r th y   to o l   f o r   d et ec tin g   p u lm o n ar y   ab n o r m alities .   Nev er th eless ,   th e   in ter p r etatio n   of   lu n g   CT   s ca n s   p r esen ts   ch allen g es,   ev en   f o r   s ea s o n ed   r ad io lo g is ts   [ 1 0 ] .   Ov er   th e   p ast   f ew   y ea r s ,   in v esti g ato r s   h av e   d elv ed   i n to   th e   ap p licatio n   of   d ee p   lear n in g   m eth o d o l o g ies   to   au to m ate   th e   d iag n o s tic   p r o ce s s   f o r   p u lm o n ar y   ir r e g u lar ities ,   aim in g   to   en h an ce   d iag n o s tic   p r ec is io n   an d   p o ten tially   s av e   liv es.   As   an   illu s tr atio n ,   Asu n th a   an d   Srin iv asan   [ 1 1 ]   in tr o d u ce d   a   p io n ee r i n g   ap p r o ac h   ter m ed   f ast   an d   p o wer - ef f icie n t   s y s tem - on - c h ip   co n v o lu tio n al   n eu r al   n et wo r k   ( FP SOC NN) ,   s h o wca s in g   th e   o n g o in g   ex p l o r atio n   of   in n o v ativ e   m eth o d o lo g ies   in   th is   d o m ain .   T h e   FP SOC NN   d ev elo p ed   by   [ 1 1 ]   s ee k s   to   allev iate   th e   co m p u tatio n al   in tr icac ies   in h e r en t   in   co n v en tio n al   C NNs.   In   th eir   s tu d y ,   th ey   ex am in ed   v ar io u s   f ea tu r e   ex t r ac tio n   tech n i q u es,   in cl u d in g   Z er n ik e   m o m en t,   h is to g r am   of   o r ie n ted   g r ad ien ts   ( Ho G) ,   wav elet   tr an s f o r m - b as ed   f ea tu r es,   lo ca l   b in ar y   p atte r n   ( L B P),   wav elet   tr an s f o r m - b ased   f ea tu r es,   an d   s ca le   in v ar ian t   f ea tu r e   tr an s f o r m   ( SIFT ) .   T h e   p r o p o s ed   FP SO C NN   m eth o d o lo g y   not   o n ly   d em o n s tr ated   o u ts tan d in g   ac h ie v em en t   but   also   ef f ec tiv ely   ad d r ess ed   th e   co m p u tatio n al   co m p lex iti es   ass o ciate d   wi th   tr ad itio n al   C NNs.   In   a   s ep ar ate   s tu d y   by   [ 1 2 ]   a   m u lti - p a th   C NN   was   in tr o d u ce d ,   le v er ag in g   c o n tex tu al   f ea tu r es,   b o th   lo ca l   an d   b r o a d ,   to   id en tify   l u n g   ca n ce r   au t o n o m o u s ly .   By   in teg r atin g   th is   m eth o d ,   th ei r   m o d el   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   2 Ap r il   20 25 1 4 9 6 - 1 5 0 6   1498   d em o n s tr ates   in cr ea s ed   ad ap ta b ilit y   in   h an d lin g   v ar iatio n s   in   n o d u le   s ize   an d   s h ap e.   T h is   ch ar ac ter is tic   lead s   to   en h an c ed   d etec tio n   r esu lt s   co m p ar ed   to   m o d er n   s tate - of - th e - ar t   tech n i q u es   [ 1 2 ] .   A   co m p r eh en s iv e   d em o n s tr atio n   of   th e   u s e   of   c o m p u ter - aid ed   d ia g n o s is   ( C AD)   m eth o d s   f o r   t h e   id en tific a tio n   of   ea r ly - s tag e   lu n g   ca n ce r   is   p r esen ted   in   th e   s tu d y   by   [ 1 3 ] .   C o n v o l u tio n al   n eu r al   n etwo r k s   ( C NNs),   a m o n g   v ar i o u s   d ee p   lear n in g   ap p r o ac h es,   h av e   b e en   ex ten s iv ely   ap p lied   to   th e   task s   in v o lv i n g   co m p u ter   v i s io n .   T h e   au th o r s   em p h asize   th e   s u p er io r ity   of   3 - d im en s io n al   C NNs   o v er   2 - d im en s io n al   C NNs   f o r   im p r o v ed   ef f ec tiv en ess   in   d etec tin g   lu n g   ca n ce r .   In   c o n tr ast,   Sh y n i   a n d   C h itra   [ 1 4 ]   h ig h lig h t   th e   wid esp r ea d   u s e   of   C NN   as   th e   p r im a r y   d eep   lear n i n g   alg o r ith m   f o r   d etec tin g   C OVI D - 19   f r o m   m e d ical   im ag es.   T h ese   ar ticles   n o t   o n ly   p r o m o te   th e   ex ten s iv e   ad o p tio n   of   C NN   but   also   p r o v id e   v alu ab le   in s ig h ts ,   in s p ir in g   em er g in g   r e s ea r ch er s   to   cr ea te   h ig h ly   ef f ec tiv e   C NN   m o d els   th at   u s e   m ed ical   im ag es   to   d etec t   d is ea s es   ea r ly .   In   a   d is tin ct   in v esti g atio n ,   R ah m an   et   a l.   [ 1 5 ]   co n d u cted   a   s tu d y   u tili zin g   C NN   f o r   task s   r elate d   to   class if icatio n   th at   in v o lv e   two ,   th r ee ,   an d   m u ltip le   class es.   T h ey   em p lo y ed   elec tr o ca r d io g r am   ( E C G)   s ig n als   as   in p u t,   ac h iev in g   p r o m is in g   o u tco m es   in   th eir   ex p er im en ts .   No tab ly ,   th e y   u s ed   th e   Gr ad - C AM   m eth o d   to   p i n p o in t   c r i tical   an d   p ar ticu lar   ar ea s   in   th e   in p u t   s ig n als,   th er eb y   f ac ilit atin g   in f o r m e d   d ec is io n - m ak in g   d u r in g   th e   cl ass if icatio n   p r o ce s s   [ 1 5 ] .   Gif an i   et   a l.   [ 1 6 ]   c o n d u cted   r esear ch   wh er ein   th ey   d e v is ed   an   ass em b lag e   d eep   l ea r n in g   m o d el   f o r   th e   au to m ated   id en tific atio n   of   C OVI D - 19   f r o m   CT   s ca n s .   E m p lo y in g   C NN   alo n g s id e   tr an s f er   lear n in g   tech n iq u es,   th e   r esear ch e r s   in teg r ated   15   p r e - tr ain e d   C NN   m o d els,   lev er a g in g   th e   c o llectiv e   ex p er tis e   a n d   ca p ab ilit ies.   T h e   e n s em b le   a cc ess   r esu lted   in   e n h an ce d   r o b u s tn ess   an d   ac cu r ac y   in   t h e   id en tific atio n   of   C OVI D - 19   f r o m   CT   s ca n s .   In   th eir   s tu d y ,   Do r j   et   a l.   [ 1 7 ]   co n ce n tr ated   on   l u n g   c an ce r   class if icatio n   u s in g   er r o r - c o r r ec tin g   o u tp u t   co d es   s u p p o r t   v ec to r   m ac h in e   ( E C OC   SV M)   an d   d ee p   co n v o lu tio n al   n eu r al   n etwo r k   ( DC NN) .   An   E C OC   SVM   cl ass if ier   was   em p lo y ed   f o r   ca teg o r izin g   s ev er al   ty p es   of   lu n g   ca n ce r ,   with   t h e   alg o r ith m   ap p lied   to   a   d at aset   co m p r is in g   3 7 5 3   im a g es   r ep r esen tin g   f o u r   lu n g   ca n ce r   ty p es.   T h e   im p lem en tatio n   y iel d ed   n o tab le   ac cu r ac y ,   s en s itiv ity ,   a n d   s p ec if icity ,   with   p ea k   v alu es   r ep o r ted   as   9 4 . 1 7 %   f o r   s q u am o u s   ce ll   ca r cin o m a,   9 8 . 9 %   f o r   ac ti n ic   k e r ato s is ,   an d ,   9 5 . 1 %   f o r   s q u am o u s   ce ll   ca r cin o m a ,   r esp ec tiv ely .   A   DC NN   m o d el   was   p r o p o s ed   by   [ 1 8 ] ,   e m p lo y in g   a   d eep   lear n in g   a p p r o ac h   f o r   p r ec is e   class if icatio n   b etwe en   b en ig n   an d   m alig n an t   lu n g   lesi o n s .   W ith   a   test in g   ac cu r ac y   of   9 1 . 9 3 %   an d   a   tr ai n in g   ac cu r ac y   of   9 3 . 1 6 %,   t h e   ev al u atio n   of   th e   HAM 1 0 0 0 0   d at aset   r ev ea led   r em ar k ab le   r es u lts .   T h ese   r esu lts   h ig h lig h t   how   well   th e   DC NN   m o d el   d is tin g u is h es   b e n ig n   f r o m   m alig n a n t   lu n g   lesi o n s .   P a l   et   a l .   [ 1 9 ]   c r e a t e d   an   i n t e r p r e t a b l e   ML   m o d e l   f o r   l u n g   c a n c e r   d e t e c t i o n   c al l e d   AI   C AD .   I n t e g r a t i n g   e x p l a i n a b l e   a r ti f i c ia l   i n te l l i g en c e   ( X A I )   m e c h a n is m s ,   t h e   m o d e l   f u r n i s h e s   c o m p r e h e n s iv e   e x p l a n a t i o n s   f o r   c r u c i a l   f e a t u r es   i d e n t i f i e d   by   th e   A I / M L   a l g o r i t h m s .   E n c o u r ag i n g   c o n f i d e n c e   in   its   a p p l i c a tio n ,   t h e   m o d e l   of   AI   C A D   d e m o n s t r a te d   e x c e l le n t   in t e r p r e t a t i o n   in   d e te c t i n g   l u n g   c a n c e r .   T h e   m o d e l s   w e r e   c o n s tr u c t e d   u s i n g   d i v e r s e   a l g o r i t h m s ,   i n cl u d i n g   k - n e a r e s t   n e i g h b o r s   ( K N N ) ,   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   ( S V M ) ,   g r a d i e n t   b o o s t i n g   m a c h i n e   ( G B M ) ,   X GB o o s t ,   r a n d o m   f o r e s t   c l ass i f i e r   ( R FC ) ,   a n d   f e e d - f o r w a r d   a r c h i t e c t u r es .   T h e   i n t e r p r e t a b il i t y   of   m o d e l s   w i t h   s u p e r i o r   p e r f o r m a n c e   in   n e u r a l   n e t w o r k s   was   h i g h l i g h t e d   t h r o u g h   XAI   o u t p u t s ,   r e v e a l i n g   t h a t   t h es e   m o d e l s   p r i o r i ti z e d   a   c o n s i s te n t   s e t   of   i n p u t   f e at u r e s   wi t h   e l e v ate d   i m p o r t a n c e .   An   in ter p r etab le   s y s tem   f o r   d iag n o s in g   l u n g   ca n ce r   was   cr ea ted   in   th e   wo r k   of   [ 2 0 ]   u tili zin g   n u m er o u s   m o d els   of   ML ,   in clu d in g   n aiv e   B ay es   class if ier ,   lo g is tic   r eg r ess io n ,   d ec is io n   tr ee ,   a n d   r an d o m   f o r est .   B ased   on   a   d ataset   of   lu n g   ca n ce r   ca s es,   th e   a n aly s is   y ield ed   a   97%   ac cu r ac y   r ate.   Ho wev er ,   it   is   n o tewo r th y   th at   th e   v alid atio n   of   th e   m o d el   was   r estricte d   to   a   C SV   f ile,   lack in g   im ag e   v al id atio n .   In   o r d e r   to   in cr ea s e   in ter p r eta b ilit y ,   XAI   tech n iq u es   lik e   lim e   a n d   SHAP   wer e   u s ed .   B h an d ar i   et   a l .   [ 2 1 ]   in t r o d u ce d   a   d ee p   lear n in g   m o d el   th at   was   v alid ated   u s in g   a   d ataset   to   p r ed ict   f o u r   ca te g o r ies   co m p r is in g   v is u als   of   7 1 3 2   C XR .   T h e   m o d el,   lev e r ag in g   Gr ad - C AM ,   SHAP,   an d   L I ME   m eth o d s   f o r   in ter p r etati o n   th r o u g h   10 - f o ld   cr o s s - v alid atio n ,   ac h iev e d   an   av er ag e   of   9 4 . 5 4 %   ( ± 1 . 3 3 %)   v alid atio n   ac cu r ac y   an d   9 4 . 3 1 %   ( ± 1 . 0 1 %)   of   test   ac cu r ac y .   To   d eter m in e   b io m a r k er s   in   non - s m all - ce ll   lu n g   c ar cin o m a   ( NSC L C )   s u b ty p es,   Dwiv ed i   et   a l.   [ 2 2 ]   s u g g ested   a   f r a m ewo r k   of   XAI - b ased   d eep   lear n in g .   T h e   f r am ewo r k   i n co r p o r ated   an   au to en co d er ,   a   b io m ar k e r   d is co v er y   m o d u le,   an d   a   class if icatio n   n eu r al   n etwo r k .   52   r elate d   b io m ar k er s   wer e   d is co v er ed   u s in g   XAI   tech n iq u es;   of   th e s e,   14   wer e   d r u g g ab le   an d   28   wer e   s u r v iv al   p r ed ictiv e.   9 5 . 7 4 %   ac cu r a cy   in   NSC L C   s u b ty p e   class if icatio n   was   attain ed   with   th e   m u ltil ay er   p er ce p tr o n .   We   r ec o m m en d   u tili zin g   C NN   m o d els   in   our   ap p r o ac h   an d   s ev er al   tr an s f er   lear n in g - b as ed   ar ch itectu r es,   in clu d in g   R esNet5 0 ,   VGG1 9 ,   Den s eNe t1 6 9 ,   an d   I n ce p tio n V3 ,   f o r   lu n g   ca n ce r   class if ica tio n   task s .   Ad d itio n ally ,   we   e m p lo y   an   en s em b l e   ap p r o ac h   by   co m b i n in g   v ar io u s   m o d el   co m b i n atio n s   to   en h a n ce   th e   o v er all   p er f o r m a n ce   of   ca n ce r   d etec tio n .       3.   DATAS E T   T o   ass ess   th e   ef f ec tiv en ess   of   our   p r o p o s ed   m o d el,   we   u t ilized   th e   IQ - OT H/NC C D   lu n g   ca n ce r   d ataset   [ 2 3 ]   wh ich   c o m p r is es   2073   CT   im ag es   f r o m   1 1 0   p atien ts ,   in clu d in g   b o th   th o s e   in   g o o d   h ea lth   an d   th o s e   wh o   h av e   b ee n   d ia g n o s ed   with   lu n g   ca n ce r .   T h is   d at aset   was   g ath er ed   at   th e   I r a q - On co lo g y   T ea ch in g   Ho s p ital/Natio n al   C en ter   f o r   C an ce r   Dis ea s es   d u r in g   th r ee   m o n th s   in   2 0 1 9 .   A   Siem en s   s ca n n er   in   DI C OM   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8         Hyb r id   mo d el  d etec tio n   a n d   c la s s ifica tio n   o f lu n g   ca n ce r   ( R a mi  Yo u s ef )   1499   f o r m at   was   u s ed   to   o b tain   t h e   CT   s ca n s   an d   each   s ca n   co n t ain ed   80 2 0 0   s lices   with   a   1 m m   s lice   th ick n ess .     In   o r d er   to   g u ar an tee   d iv er s it y ,   th e   d ataset   was   co llected   f r o m   d i v er s e   r eg i o n s   in   I r aq ,   wh ich   r ep r esen t   a   r an g e   of   d em o g r a p h ics.   T h e   s tu d y   was   ap p r o v ed   et h ically   by   th e   in s titu tio n al   r ev iew   b o ar d ,   e n s u r in g   th e   r ig h ts   an d   p r iv ac y   of   p ar ticip a n ts   ar e   u p h el d   d u r in g   th e   p r o c ess   of   co llectin g   d ata.       4.   M E T H O D   T h e   t h o r o u g h   m e t h o d o l o g y   e m p l o y e d   in   t h i s   s t u d y   is   d e s c r i b e d   in   t h i s   s e c t i o n .   F i g u r e   1   s h o w s   t h e   s c h e m a t i c   w o r k f l o w   of   o u r   p r o c e d u r e ,   g i v i n g   d e t a i l e d   s t e p s   of   t h e   e x p e r i m e n t a l   p r o c e d u r e .   S e v e r a l   p r e p r o c e s s i n g   t e c h n i q u e s   a r e   c o m p a r e d   to   s t r u c t u r a l   d a t a   a n d   t a k e n   i n t o   c o n s i d e r a t i o n   w h e n   d i s c u s s i n g   i m a g e   d a t a .   By   s c a l i n g   d a t a   a n d   r e d u c i n g   c o m p u t a t i o n a l   c o m p l e x i t y ,   t h e s e   t e c h n i q u e s   h e l p   to   d e c r e a s e   m o d e l i n g   c o s t s   w h i l e   i n c r e a s i n g   t h e   q u a n t i t y   or   q u a l i t y   of   t h e   d a t a s e t .   S i n c e   t h e   u s e   of   d e e p   l e a r n i n g   h a s   i n c r e a s e d ,   s c i e n t i s t s   h a v e   w o r k e d   on   t h i s   p r o b l e m ,   a n d   n o w a d a y s   t h e r e   a r e   a   v a r i e t y   of   a p p r o a c h e s   to   d e a l i n g   w i t h   t h i s   a s p e c t .   P r e p r o c e s s i n g   p r o c e d u r e s   a r e   u s e d   in   t h i s   w o r k   to   g e t   t h e   d a t a   in   F i g u r e s   2 ( a )   a n d   2 ( b )   r e a d y   f o r   u s e   in   o u r   d e e p   l e a r n i n g   m o d e l s .   T h e   f o l l o w i n g   a c t i o n s   w e r e   r e q u i r e d   to   g u a r a n t e e   t h e   d a t a ' s   c o m p a t i b i l i t y   a n d   e n h a n c e   its   q u a l i t y :       Data   au g m en tatio n :   to   ad d r ess   th e   im b alan ce d   n at u r e   of   th e   d ataset,   d ata   au g m e n tatio n   is   em p lo y ed .   T h is   in v o lv es   th e   cr ea tio n   of   n ew   i m ag es   u s in g   tech n iq u es   s u ch   as   cr o p p in g ,   r o tatin g ,   f lip p in g ,   an d   zo o m i n g .   In   th is   s tu d y ,   a   two - p h ase   a u g m en tatio n   a p p r o ac h   is   im p lem en ted .   I n itially ,   v ar io u s   tech n i q u es,   in clu d in g   r o tatin g ,   zo o m in g ,   r a n d o m   d is to r tio n ,   co n tr ast   an d   b r ig h tn es s   ad ju s tm en ts ,   r an d o m   cr o p p in g ,   an d   f lip p in g ,   ar e   ap p lied   to   im ag es   in   th e   m alig n an t   class   ac r o s s   th e   tr a in in g ,   v alid atio n ,   an d   test   s et s .   Su b s eq u en tly ,   r an d o m   f lip p in g   in   b o th   h o r iz o n tal   an d   v e r tical   d ir ec tio n s   is   ap p lied   to   im ag es   in   b o th   cla s s es,   en s u r in g   a   d iv er s e   s et   of   im ag es   to   aid   m o d el   g en e r aliza tio n .     I m ag e   s ize   s tan d ar d izatio n :   th e   ch o s en   C NN   ar ch itectu r e   can   ac co m m o d ate   im ag es   of   v ar y in g   s izes;   h o wev er ,   f o r   tr an s f er   lear n in g ,   it   is   ad v is ab le   to   alig n   wi th   p r e - tr ain ed   m o d els   th at   ty p ically   p r o ce s s   im ag es   in   224 × 224   d im en s io n s .   T h er ef o r e,   th e   im ag e   s ize   is   r ed u ce d   to   2 2 4 × 2 2 4 ,   e n ab lin g   a   d ir ec t   co m p ar is o n   with   p r e - tr ain ed   m o d els   an d   r ed u cin g   co m p u t atio n al   o v er h ea d .   Su b s eq u e n tly ,   n o r m aliza tio n   is   ap p lied   to   f u r th er   s tr ea m lin e   co m p u tatio n al   co m p le x ity .     Data   n o r m aliza tio n :   in   o r d e r   to   p r ep a r e   d atasets   f o r   f u r th er   an aly s is   an d   m o d elin g ,   d ata   n o r m aliza tio n   is   an   ess en tial   s tep .   A   s p ec tr u m   of   tech n iq u es   is   av ailab le   f o r   n o r m aliza tio n ,   en co m p a s s in g   m in m ax   n o r m aliza tio n ,   z - s co r e   n o r m a lizatio n ,   an d   d ec im al   s ca lin g   n o r m aliza tio n   [ 2 4 ] .   Data   n o r m aliza tio n   is   p r im ar ily   u s ed   to   im p r o v e   d ata   q u ality ,   m ak e   d ata   co m p ar ab le   ac r o s s   v ar io u s   r ec o r d s   an d   f ield s ,   an d   im p r o v e   e n tr y   t y p e   u n if o r m ity   an d   co n s is ten cy .     C o n v er s io n   of   d ata:   th e   L I DC - I DR I   d ataset' s   CT   s ca n s   wer e   co n v e r ted   f r o m   th eir   o r ig in al   DI C OM   f o r m at   to   th e   more   co m m o n ly   u s ed   NI f T I   f o r m at.   T h is   co n v er s i o n   was   im p er ativ e   to   en s u r e   h ar m o n izatio n   b etwe en   our   d eep   lea r n in g   f r a m ewo r k   an d   th e   d ata,   f ac ilit atin g   s m o o th   in teg r atio n   an d   p r o ce s s in g   [ 2 5 ] .   In   th e   r ea lm   of   m o d elin g ,   two   ap p r o ac h es   a r e   a v ailab le:   th e   im p lem en tatio n   of   a   C NN   ar ch itectu r e   f r o m   s cr atch   or   th e   u tili za tio n   of   tr an s f er   lear n i n g .   T h e   f o r m er   is   ty p ically   f a v o r e d   w h en   an   am p le   am o u n t   of   d ata   is   av ailab le,   en s u r in g   th at   th e   r is k   of   o v er f itti n g   is   m in im ized .   C o n v er s ely ,   th e   l atter   is   em p lo y ed   in   s ce n ar io s   ch ar ac ter ized   by   d ata   s ca r city   or   t h e   im p e r ativ e   to   r ed u ce   m o d elin g   co s ts .   T r an s f er   lea r n in g   lev er ag es   p r e - tr ain e d   m o d els,   b en ef itin g   f r o m   weig h ts   d er iv ed   f r o m   ex te n s iv e   tr ain in g   on   d iv er s e   d atasets   en co m p ass in g   th o u s an d s   of   class es,   th er eb y   r ed u cin g   th e   r e q u is ite   n u m b er   of   tr ai n in g   e p o ch s .           Fig u r 1 .   T h p r o p o s ed   m eth o d o lo g y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   2 Ap r il   20 25 1 4 9 6 - 1 5 0 6   1500     ( a)       ( b )     Fig u r e   2.   Diag n o s tic   im ag er y :   ( a)   in p u t   CT   im ag es   an d   ( b )   p r ep r o ce s s ed   im ag es       Sin ce   th e   ad v e n t   of   Alex Net   in   2 0 1 2 ,   w h ich   d e m o n s tr ated   s u p er io r   ac cu r ac y   o v er   tr a d itio n al   ML   alg o r ith m s ,   C NNs   h av e   b ec o m e   p er v asiv e.   T h is   d ee p   f ee d - f o r war d   ar c h itectu r e   f in d s   w id e   ap p licatio n s   in   im ag e   class if icatio n ,   im ag e   s e g m en tatio n ,   an d   o b ject   d etec tio n .   In   m ed ical   im ag i n g   d atasets ,   wh er e   p r ec is io n   is   cr u cial   f o r   h u m an   life ,   co n v en tio n al   ML   alg o r ith m s   o f ten   f all   s h o r t.   Su b s eq u en t   to   th e   in tr o d u ctio n   of   Alex Net,   s u b s tan tial   r esear ch   ef f o r ts   h av e   b ee n   d ed icate d   to   in n o v ativ ely   in v esti g atin g   an d   im p lem en tin g   C NNs,   r esu ltin g   in   m o d els   ex h ib itin g   s u p er i o r   p e r f o r m an ce   ev en   in   c o m p ar is o n   to   Alex Ne t.   A   s tan d ar d   C NN   m o d el   co m p r is es   one   or   f ew   co n v o l u tio n al   an d   p o o lin g   lay er s   f o r   f ea tu r e   ex tr ac tio n   as   s h o wn   in   F ig u r e   3,   cu lm in atin g   in   one   or   m o r e   f u lly   co n n ec ted   lay er s   f o r   g en er atin g   class if ied   o u tp u ts .   To   ex t r ac t   f ea tu r es   f r o m   ev e r y   v is u al ,   th e   co n v o lu t io n al   lay er   co n v o lv es   it   u s in g   a   lear n a b le   k e r n el.   T h e   k er n el,   r ep r esen ted   by   a   m atr ix   of   d is cr ete   weig h ts ,   is   in itialized   r an d o m l y   an d   u p d ated   iter ativ ely   to   m in im ize   er r o r s .   T h e   s tr id e   p a r am eter   g o v er n s   th e   k er n el' s   m o v em en t   th r o u g h   th e   im ag e,   with   v alu es   u p d ated   th r o u g h   a   co m p u tatio n al   p r o ce s s .   T h e   o u tp u t   of   a   co n v o lu tio n al   lay er ,   k n o wn   as   a   f ea tu r e   m ap ,   is   s u b s eq u en tly   f o r war d e d   to   th e   n ex t   lay er   as   in p u t.   T h e   o u tp u t   s ize   (   ×     ×   d)   of   a   c o n v o lu ti o n al   lay er   is   co m p u te d   u s in g   th e   f o r m u la:     =       +   2 +   1   ( 1 )     =       +   2 +   1   ( 2 )     W h er e   h   an d   w   ar e   th e   h eig h t   an d   wid th   of   th e   in p u t   im ag e,   r esp ec tiv ely .   f   is   th e   s ize   of   th e   f ilter   ( o r   k er n el) .   p   is   th e   am o u n t   of   ze r o - p ad d in g   ap p lied   to   th e   in p u t   im ag e   ( i f   an y ) .   s   is   th e   s tr id e   of   th e   c o n v o lu tio n .           Fig u r 3 .   Sam p le   c o n v o lu tio n al  n eu r o n   n etwo r k     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8         Hyb r id   mo d el  d etec tio n   a n d   c la s s ifica tio n   o f lu n g   ca n ce r   ( R a mi  Yo u s ef )   1501   As   th e   d ep th   of   a   C NN   in cr e ases ,   more   d etails   can   be   e x t r ac ted ,   r esu ltin g   in   in cr ea s ed   ac cu r ac y .   Ho wev er ,   a   tr ad e - o f f   e x is ts ,   as   d ee p er   ar c h itectu r es   d em a n d   more   c o m p u tatio n al   p r o ce s s es,   th er eb y   in cu r r in g   h ig h er   co s ts .   T h e   o p tim al   n u m b er   of   lay er s   n ec ess itates   c ar ef u l   co n s id er atio n ,   as   ex ce s s iv e   d ep th   m ay   n o t   alwa y s   tr an s late   to   im p r o v e d   p er f o r m a n ce   co m p ar ed   to   s h allo wer   ar ch itectu r es.   In   t h e   s u b s e q u e n t   s ta g es   of   n e u r a l   n et wo r k   o p e r at io n s ,   er r o r   c alc u l ati o n   b e co m es   im p e r at iv e.     Po s t - o u t p u t   g en er ati o n ,   t h e   lo s s   f u n cti o n   is   em p l o y e d   to   c o m p a r e   esti m a te d   l a b els   wit h   t r u e   la b els ,   f a cili tat in g   er r o r   ass ess m e n t .   C o m m o n   l o s s   f u n cti o n s   i n cl u d e   c r o s s   e n t r o p y ,   e u cl id ea n ,   a n d   h in g e.   W eig h t   u p d at es   f o r   s u b s e q u e n t   e p o c h s   ar e   o r ch est r at e d   by   o p ti m i ze r   f u n c ti o n s ,   wit h   A d a m   b ei n g   a   wi d el y   ad o p te d   ch o i ce .   T h is   ite r at iv e   p r o c ess   is   r e p e at ed   a cr o s s   e p o c h s ,   al lo wi n g   f o r   e r r o r   c o m p a r is o n   wi th   th e   b est   p r e v i o u s   e p o ch   a n d   s av i n g   m o d el   i m p r o v e m e n ts   w h e n   o b s er v e d .   An   i ll u s tr ati v e   f ig u r e   of   a   C NN   wit h   tw o   h i d d en   l ay er s ,   f ea t u r i n g   k e r n el   s i ze s   of   (9 × 9 × 1)   a n d   (5 × 5 × 4)   in   t h e   f i r s t   a n d   s ec o n d   l ay er s ,   r esp ec t iv el y ,   is   p r o v i d e d   f o r   r e f e r en ce .       5.   T RANSF E L E A RNING   Deep   lear n in g   alg o r ith m s ,   n o tab ly   C NNs,   d em o n s tr ate   ex c ep tio n al   p e r f o r m an ce   wh e n   c o n f r o n ted   with   a   s u b s tan tial   v o lu m e   of   im ag es   p er   class .   Ho wev er ,   th e   co m p u tatio n al   d em an d s   i m p o s ed   by   ex te n s iv e   lay er   u s ag e   ca n   r esu lt   in   p r o tr ac ted   tr ain in g   tim es,   s p an n in g   d ay s   or   wee k s   on   co n tem p o r ar y   h a r d war e.   T h is   b ec o m es   p ar ticu lar ly   im p r ac t ical   f o r   n u m e r o u s   p r o b lem   d o m ain s ,   esp ec ially   th o s e   p er t ain in g   to   m ed ical   ap p licatio n s .   C o n s eq u en tly ,   a d o p tin g   a   tr an s f er   lear n in g   p ar ad ig m ,   wh e r ein   p r ec o m p u t ed   weig h ts   f r o m   a     p r e - tr ain ed   m o d el   on   a n alo g o u s   d ata   ar e   r ep u r p o s ed ,   p r o v e s   ad v an tag eo u s   in   ter m s   of   c o s t   ef f icien cy .   T h is   ap p r o ac h   lev er ag es   k n o wled g e   g lean ed   d u r in g   t h e   p r io r   tr ain in g   of   a   m o d el   on   co m p a r ab le   d atasets .   Fo r   ex am p le,   a   m o d el   in itially   tr a in ed   f o r   h is to p ath o lo g y   im ag e - b ased   ca n ce r   d iag n o s is   can   be   r ep u r p o s ed   f o r   lu n g   ca n ce r   d iag n o s is   by   tr an s f er r in g   t h e   ac q u i r ed   weig h ts .   T r an s f er   lear n i n g   f in d s   u tili ty   ac r o s s   m u ltip le   d o m ain s ,   in clu d in g   n atu r al   lan g u ag e   p r o ce s s in g   ( NL P),   s o u n d ,   im a g e,   an d   v id eo   p r o ce s s in g .   In   th e   c o n t ex t   of   C NNs,   th e   tr ain in g   p r o ce s s   b eg in s   by   d is ce r n in g   im a g e   e d g es   an d   b o r d er s ,   p r o g r ess in g   to   s h ap e   id en tific atio n .   Dee p er   la y er s   c ap tu r e   in c r ea s in g ly   in tr icate   d etails,   cu lm in atin g   in   attem p ts   to   class if y   im ag es   b ased   on   ass ig n ed   lab els.   Su b s eq u en tly ,   em p lo y in g   tr a n s f er   lear n in g   in v o lv es   u tili zin g   th e   in itial   lay er s   r esp o n s ib le   f o r   f ea t u r e   ex tr ac tio n   wh ile   r etr ain in g   th e   m o d el' s   latter   l ay er s   with   n ew   d ata.   In   t h is   s tu d y ,   C NN   m o d els   an d   s ev er al   tr an s f er   lear n in g - b ased   ar ch itectu r es,   in clu d in g   R esNet5 0 ,   VGG1 9 ,   Den s eNe t 1 6 9 ,   a n d   I n ce p tio n V 3 .     5 . 1   ResNet 5 0   T h e   ar ch itectu r e   is   s ep ar ated   in to   two   b lo ck s ,   ea c h   with   a   s k ip   co n n ec tio n .   T h e   o u t p u t   of   th e   p r ev io u s   b lo c k   is   s u m m ed   with   th e   cu r r en t   b lo ck s   o u t p u t,   an d   th e   ac tiv atio n   f u n c tio n   is   ap p lied   to     f ( x )   +   x   r ath e r   th a n   ju s t   f ( x ) .   T h is   g en e r ates   th e   b lo ck ' s   o u tp u t,   wh ic h   is   th e n   f o r war d e d   to   t h e   s u b s eq u en t   b lo ck .   In   R esNet   50,   th r ee   c o n v o lu ti o n al   lay er s   ar e   u tili z ed   with   a   s p ec if ic   co n f ig u r atio n ,   as   illu s tr ated   in   Fig u r e   4,   in s tead   of   th e   t y p ical   two   co n v o lu tio n al   lay e r s .           Fig u r 4 .   R esidua b lo ck       5 . 2 .     VG G 1 9   T h e   VGG1 9   n eu r al   n etwo r k   ar ch itectu r e   co m p r is es   19   lay er s   an d   f ea tu r es   a   s u b s tan tial   n u m b er   of   p ar am eter s .   T h e   m o d el' s   s ize,   s p ec if ically   in   ter m s   of   f u lly   co n n ec ted   n o d es,   is   5 7 4 MB.   An   in cr ea s e   in   th e   n u m b er   of   lay er s   ty p ically   co r r elate s   with   en h an ce d   ac cu r ac y   in   d ee p   n e u r al   n etwo r k s   ( D NNs).   T h e   VGG1 9   ar ch itectu r e   i n clu d es   19   tr ain a b le   co n v o lu tio n al   lay e r s ,   wh ic h   ar e   in ter s p er s ed   with   m a x   p o o lin g   an d   d r o p o u t   lay er s ,   as   d ep icted   in   Fig u r e   5.   VGG1 9   is   h ig h ly   a d v an tag e o u s   due   to   its   u s e   of   a   s er ies   of   3 ×3   C o n v Net   to   in c r ea s e   n etwo r k   d ep t h .   To   r ed u ce   f ea tu r e   m ap   d im e n s io n s ,   m ax - p o o lin g   lay er s   ar e   i n co r p o r ated .   T h e   f u lly   co n n ec ted   n etwo r k   ( FC N)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   2 Ap r il   20 25 1 4 9 6 - 1 5 0 6   1502   co m p r is es   two   lay er s ,   ea c h   co n tain in g   4096   n eu r o n s .   VGG1 9   was   tr ain ed   on   in d iv id u al   lesi o n   s am p les,   wh ile   f o r   test in g ,   all   lesi o n   ty p es   wer e   in clu d ed   to   m in im ize   t h e   o c cu r r en ce   of   f alse   p o s itiv es.           Fig u r 5 .   VGG1 9   a r ch itectu r e       5 . 3   DenseNet 1 6 9   T h e   Den s eNe t   ar ch itectu r e   is   co m p o s ed   of   m u ltip le   d en s e   b lo ck s ,   wh ich   a r e   in ter c o n n ec ted   by   tr an s itio n   b lo c k s   th at   c o n s is t   of   co n v o lu tio n al   an d   p o o lin g   la y er s .   E ac h   d en s e   b lo ck   is   s tr u ctu r ed   f r o m   s ev er al   u n its   co n tain in g   c o n v o lu tio n a l   lay er s ,   wh e r e   ea c h   u n it   r ec eiv es   th e   o u tp u ts   of   all   p r ec e d in g   u n its   with   t h e   s am e   f ea tu r e   m ap   s ize.   Un lik e   R esNet,   wh ich   p er f o r m s   s u m m atio n   on   th e   o u tp u ts ,   Den s eNe t   co n ca ten ates   th em .   Fig u r e   6   illu s tr ates   th e   s tr u ctu r e   of   a   d en s e   b lo c k   with   a   g r o wth   r ate   of   k   =4 .   I n   th is   co n tex t,  ' k r ep r esen ts   th n u m b e r   o f   f ea t u r m ap s   g en er ate d   b y   th e   f u n ctio n   H.   I f   ea c h   f u n ctio n   p r o d u ce s   k   f ea tu r e   m ap s   k   f ea tu r m ap s ,   th en   t h n - th   lay er   will  h av k 0 +k ×( n −1 )   in p u f ea tu r m ap s ,   w h er k 0   d en o tes  th n u m b er   o f   c h an n els in   th e   in p u t la y er .           Fig u r 6 .   Den s eNe t b lo c k   with   g r o wth   r ate  o f   k =4       5 . 4 .    I ncept io nV3   As  s h o wn   in   T ab le   1 ,   th is   ar c h itectu r in clu d es  a   s tem   b lo c k   co n s is tin g   o f   s ix   co n v o l u tio n al  lay er s ,   ea ch   with   a   3 ×3   k er n el   s ize,   with   p o o lin g   lay er   f o llo win g   th t h ir d   co n v o lu tio n al   lay e r .   Pad d in g   is   s et  to   ze r o   f o r   t h s p ec if ied   co n v o lu tio n al  lay er s ,   wh ile  f o r   th o th er s ,   n o   p a d d in g   is   ap p lied .   T o   r ed u ce   g r id   s ize,     r ed u ctio n   m eth o d   is   em p lo y ed   b etwe en   I n ce p tio n   b lo ck s .   T h ar ch itectu r h as  d ep th   o f   4 2   lay er s   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8         Hyb r id   mo d el  d etec tio n   a n d   c la s s ifica tio n   o f lu n g   ca n ce r   ( R a mi  Yo u s ef )   1503   in cu r s   co m p u tatio n al  co s 2 . 5   tim es  h ig h er   t h an   Go o g leN et,   th o u g h   it  r em ain s   s ig n if ica n tly   m o r e f f icien th an   th e   VGG  ar ch itectu r e.   T h p r im a r y   d is tin ctio n   b etwe e n   I n ce p tio n   v 2   an d   v 3   lies   in   th f ac to r izatio n   o f   co n v o l u tio n s ,   wh ich   r ed u ce s   th n u m b e r   o f   p ar am eter s   with o u af f ec tin g   n etwo r k   p er f o r m an ce .   Fo r   ex am p le,   r ep lacin g   5 ×5   co n v o lu ti o n a lay er   with   two   3 ×3   lay er s   allo ws  th n etwo r k   to   ex tr ac f ea tu r es  s im ilar ly   wh ile  r ed u cin g   co m p u tatio n al  co m p lex ity   a n d   m o d el  co s t.       T ab le   1.   Ar c h itectu r o f   in ce p tio n   V3   Ty p e   P a t c h   s i z e / s t r i d e   o r   r e m a r k s   I n p u t   si z e   c o n v   3 × 3 / 2   2 9 9 × 2 9 9 × 3   c o n v   3 × 3 / 1   1 4 9 × 1 4 9 × 32   c o n v   p a d d e d   3 × 3 / 1   1 4 7 × 1 4 7 × 32   p o o l   3 × 3 / 2   1 4 7 × 1 4 7 × 64   c o n v   3 × 3 / 1   73 × 73 × 64   c o n v   3 × 3 / 2   71 × 71 × 80   c o n v   3 × 3 / 1   35 × 35 × 1 9 2   3 × I n c e p t i o n   I n c e p t i o n   b l o k   A   35 × 35 × 2 8 8   5 × I n c e p t i o n   I n c e p t i o n   b l o k   B   17 × 17 × 7 6 8   2 × I n c e p t i o n   I n c e p t i o n   b l o k   C   8 × 8 × 1 2 8 0   p o o l   8 × 8   8 × 8 × 2 0 4 8   l i n e a r   l o g i t s   1 × 1 × 2 0 4 8   so f t m a x   c l a ss i f i e r   1 × 1 × 1 0 0 0       6.   E NS E M B L E   AP P RO ACH   E n s em b le   lear n i n g   i n v o lv es   am alg am atin g   t h e   o u tco m es   of   m u ltip le   m o d els,   wh ich   m ay   em p l o y   id en tical   or   d is tin ct   alg o r ith m s .   T h is   f ield   en co m p ass es   v ar io u s   tech n iq u es   ca te g o r ize d   in to   th r ee   p r im a r y   g r o u p s :   b ag g in g ,   b o o s tin g ,   an d   s tack in g .   B ag g in g   en tails   ag g r eg atin g   th e   r esu lts   of   a   s i n g le   m o d el   tr ain ed   iter ativ ely   on   d iv er s e   d atasets .   B o o s tin g   co m b in es   th e   o u tp u ts   of   m u ltip le   m o d els,   wh ile   s tack in g   in teg r ates   elem en ts   of   b o t h   ap p r o ac h es.   In   th is   s tu d y ,   th e   b o o s tin g   tech n iq u e   will   be   im p lem e n ted .   Fo llo win g   th e   tr ain in g   of   C NN,   R esNet5 0 ,   VGG1 9 ,   Den s eNe t 1 6 9 ,   an d   I n ce p tio n   v3   m o d els,   p r ed ictio n s   will   be   m ad e   on   im ag es   with in   th e   v alid atio n   a n d   test   d atasets .   Su b s eq u en tly ,   a   m ax   v o tin g   tech n iq u e   will   be   ap p lied ,   le v er ag in g   th e   s u m   f u n ctio n ,   as   th e   o u tco m es   ar e   co n f in ed   to   th e   [ 0 ,   1]   class   r an g e.   T h e   class   with   th e   h ig h es t   v o te   co u n t   will   be   s elec ted .   T h is   ap p r o ac h   s er v es   to   m itig ate   v ar ian ce   an d   e n h a n ce   er r o r   g en e r aliza tio n .       7.   E VA L UA T I O N   W h en   d ea lin g   with   s u p er v is e d   p r o b lem s ,   we  ca n   ev al u ate  th m o d el  in   two   d if f e r en w ay s .   First,  d ata  m u s b d iv id e d   in to   tr ai n in g   an d   test in g   s ets.  Nex t,  th m o d el  m u s b tr ain ed   u s in g   th tr ain in g   s ets,  an d   test   d ataset  lab els  m u s b p r ed icted   u s in g   th e   tr ain ed   m o d el.   T h is   allo ws  u s   to   co m p u te  th e r r o r s   b y   co m p ar in g   th p r ed icted   r esu l ts   with   th tr u v alu es.  K - Fo l d   cr o s s - v alid atio n   is   th s ec o n d   p r o ce s s .   T o   tr ai n   th m o d el  i n   th is   s ce n ar io ,   th e   d ata  will  b s p lit  in to   s u b s ets,  with   th ex ce p tio n   o f   o n e   t h at  will  b k ep t   o u t   f o r   ass ess m en t.  Af ter   ea ch   tr ain in g   r o u n d ,   we  co m p u te  m atr ices,  an d   th o p tim al  m o d e will  u ltima tely   b e   ch o s en .   T h o u g h   it r eq u ir es a   lo t m o r co m p u tatio n   an d   m o n ey   th an   d ee p   lear n in g ,   th is   ap p r o ac h   is   s u p er io r   to   th p r ev io u s   o n e.   Du to   th e   h u g am o u n t o f   co m p u tatio n   in   n etwo r k s ,   it is   n o t a d v is ed   u n l ess   it is   af f o r d ab le .       8.   RE SU L T S   AND  D I SCU SS I O N   Fo r   r esu lts   an aly s is ,   to   m ak e   t h e   r esu lts   more   a p p r o p r iate   f o r   our   p u r p o s e,   w h ich   is   m in i m izin g   th e   in co r r ec t   class if icatio n s ,   we   co m p u ted   th e   co n f u s io n   m at r ix ,   wh ich   d is p lay s   th e   n u m b er   of   co r r ec t   an d   in co r r ec t   class if icatio n s .   Ad d itio n ally ,   th e   co n f u s io n   m atr i x - ass is ted   in   d eter m i n in g   all   of   th e   s ig n if ican t   m etr ics;   p r ec is io n ,   ac cu r ac y ,   F1   s co r es,   an d   r ec all   wer e   co m p u ted   f o r   each   ar ch itectu r e.     8 . 1 .     E ns em ble   m o dels   CN N,   ResNet 5 0 , VG G 1 9 ,   DenseNet 1 6 9 ,   a nd   I ncept io nV3   An   en s em b le   m o d el  is   a   co m b in atio n   o f   m u ltip le   in d iv i d u al  m o d els  to   ac h iev e   b ette r   p r e d ictiv e   p er f o r m an ce .   T h i d ea   is   th at   b y   c o m b i n in g   t h s tr en g t h s   o f   m u ltip le   m o d els,  t h en s e m b le  ca n   ca p tu r e   b r o ad e r   r an g o f   f ea tu r es  an d   r ed u ce   e r r o r s .   In   th is   m eth o d ,   C NN,   R esNet5 0 ,   VGG1 9 ,   Den s eNe t1 6 9 ,   an d   I n ce p tio n V3   m o d els   wer e   ch o s en .   Af ter   av er ag in g   th eir   p r ed ictio n s ,   th e   p er f o r m an ce   m etr ics   f o r   th e   test   d ataset   wer e   as   f o llo ws:   9 7 . 5 %   ac cu r ac y ,   9 6 . 8 %   p r ec is io n ,   9 6 . 9 %   r ec all,   a n d   9 7 . 7 7 %   F1 - s co r e.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   2 Ap r il   20 25 1 4 9 6 - 1 5 0 6   1504   8 . 2 .     Co m pa riso ns   wit h o t her  wo rk s   T h is   s ec tio n   co m p ar es   our   p r o p o s ed   m o d el' s   p er f o r m an ce   w ith   a   n u m b er   of   s tate - of - th e - ar t   m eth o d s   th at   h av e   b ee n   put   f o r th   f o r   u s in g   m icr o s co p ic   im ag es   to   id en tify   lu n g   ca n ce r .   T ab le   2   co m p ar es   th e   r esu lts   of   th e   co r r esp o n d in g   in tr o d u ce d   m eth o d   with   s ev er al   s tate - of - th e - ar t   tech n iq u es   d escr ib ed   in   th e   liter atu r e   r ev iew.   T h e   s tu d y   c o m p ar es   t h e   p r o p o s ed   m o d el' s   p er f o r m a n ce   to   th e   s tate - of - th e - ar t   m o d els   f o r   th e   d etec tio n   an d   ca teg o r izatio n   of   lu n g   ca n ce r .       T ab le   2.   Per f o r m an ce   co m p a r is o n   b etwe en   o u r   p r o p o s ed   m o d el   an d   e x is tin g   m o d els   ac r o s s   d iv er s e   d ata s ets   R e f e r e n c e s   D a t a s e t   M o d e l   R e c a l l   A c c u r a c y   M a f t o u n i   et   al .   [ 2 6 ]   C O V I D 1 9 - CT   En se mb l e   +   S V M   9 0 . 8 0   9 5 . 3 1   G i f a n i   et   al .   [ 1 6 ]   C O V I D 1 9 - CT   C N N   +   LSTM   8 5 . 5 0   8 5 . 5 0   B h a n d a r   et   al .   [ 2 1 ]   CR   C u s t o m   C N N   9 6 . 5 6   9 4 . 3 1   C h e n   et   al .   [ 2 7 ] v   IQ - O TH / N C C D   C N N   +   N LP   8 7 . 5   8 8 . 0   A l i   et   al .   [ 1 8 ]   H A M 1 0 0 0 0   D C N N   9 3 . 6 6   9 1 . 9 3   Al - Y a sr i y   et   al .   [ 2 8 ]   IQ - O TH / N C C D   C N N :   A l e x N e t   a r c h i t e c t u r e   9 3 . 2 3   9 3 . 5 4   P r o p o se d   m o d e l     IQ - O TH / N C C D   En se mb l e   5   M o d e l s   C N N ,   R e sN e t 5 0 ,   VGG 19,   D e n seNe t 1 6 9 ,   a n d   I n c e p t i o n V 3   9 7 . 7 7   9 7 . 5       T h is   wo r k   aim ed   to   im p r o v p er f o r m an ce   b y   u s in g   f o u r   d if f e r en e n s em b le  a p p r o ac h es  an d   cu s to m ized   C NN  tr ain ed   o n   m icr o s co p ic  im ag es  o f   l u n g   ca n ce r .   T h ac c u r ac y   r esu lts   o f   all  m o d els  ar e   co m p ar ed   in   T ab le  2 .   On   test   d ata,   th en s em b le  o f   th t o p   f o u r   m o d els  h ad   t h h ig h est  ac cu r ac y .   C OVI D - 19 - C T   d ataset  co m p r is in g   7 , 5 9 3   im ag es  s o u r ce d   f r o m   s ev e n   p u b licly   av ailab le  d atasets ,   en co m p ass in g   d at a   f r o m   4 6 6   p atien ts   is   p r o v id ed   b y   Ma f to u n et   a l [ 2 6 ]   th r o u g h   th u s o f   an   en s em b le   d ee p   lear n i n g   m o d el   u tili zin g   p r e - tr ai n ed   r esid u al   atten tio n   an d   De n s eNe ar ch itectu r es,  Gif an et  a l [ 1 6 ]   em p lo y ed   a n   en s em b le   d ee p   tr a n s f er   lear n in g   s y s tem ,   lev er a g in g   d iv er s p r e - tr ain ed   C NN  ar ch itectu r es,   to   ac h iev e   ef f ec tiv e   d iag n o s is   o f   C OVI D - 1 9   f r o m   C T   s ca n s .   On   th o th er   h a n d ,   n o v el  lig h tweig h s in g le  C NN  m o d el  f o r   C OVI D - 1 9   im ag class if icatio n   u s in g   C XR   im ag es wa s   p r o p o s ed   in   [ 2 1 ] .   Fu r th e r m o r e ,   o n   th test   d ataset,   all  o f   th en s em b le  m o d els o u tp er f o r m ed   s in g le  m o d els  in   ter m s   o f   ac c u r ac y .   T h e n s em b le  m o d el  o f   th to p   f o u r   m o d els,  wh ich   h ad   an   ac cu r ac y   o f   9 7 . 5 . 3 %,  was  th e   b est  m o d el  i n   th e   d ataset  v alid atio n   s ce n ar io .   I n   ad d itio n   t o   tu b er cu lo s is   an d   p n eu m o n ia,   an   ex p lan atio n   g en er atio n   ( XAI )   f r am ewo r k   is   u s ed .   T h d etec tio n   o f   C OVI D - 1 9 ,   p n eu m o n i a,   an d   t u b er c u lo s is   d is ea s es  u s in g   s u ch   an   XAI - b ased   s in g le  C NN  m o d el  p r o d u ce d   tr ai n in g   ac cu r ac y   o f   9 5 . 7 6 ± 1 . 1 5 %,  test   ac cu r ac y   o f   9 4 . 3 1 ± 1 . 0 1 %,  an d   v alid atio n   ac cu r ac y   o f   9 4 . 5 4 ± 1 . 3 3 %.   B as i c   a n d   b e n c h m a r k   C N N   a r ch i t e c t u r es   w e r e   a p p l i e d   b y   C h en   e t   a l [ 2 7 ] ,   w h o   w e r e   k n o w n   t o   e m p l o y   a n y   p a r a m e t e r   o p t i m i z a ti o n   t e ch n i q u e .   E v e n   t h o u g h   t h e   m a j o r i t y   o f   h is   s t u d y ' s   r es u l ts   a r i n t r i g u i n g   a n d   a c h i e v a n   a c c u r a c y   o f   8 8 . 0 % ,   w e   o b s e r v e   t h a t   t h e s e   m o d e ls   wi l l   p er f o r m   p o o r l y   i f   p e r f o r m a n c e   t i l t i n g   c o n d i t i o n s   a r a d d e d .   A d d i t i o n a l l y ,   a   D C N m o d e l   b a s e d   o n   a   d e e p   l e a r n i n g   a p p r o a c h   w a s   p r o p o s e d   b y   A l i   e t   a l .   [ 1 8 ]   f o r   p r ec is ca teg o r izatio n   o f   b en i g n   an d   m alig n an s k in   lesi o n s .   T h m o d el  was  ass ess ed   u s i n g   th HAM 1 0 0 0 0   d ataset  an d   attain ed   im p r ess iv o u tco m es  with   test in g   ac cu r ac y   o f   9 1 . 9 3 an d   a   tr ain in g   ac cu r ac y   o f   9 3 . 1 6 %.  Al - Yasr iy   et  a l [ 2 8 ]   u s ed   th s am d ataset  th at  we   u s ed   in   o u r   p r o p o s ed   m o d el  u s in g   C NN - Alex Net   ar ch itectu r an d   ac h iev e d   an   a cc u r ac y   o f   9 3 . 5 4 8 %,  s en s itiv ity   o f   9 5 . 7 1 4 %,  an d   a   s p ec if icity   o f   9 5 %.   Ou r   p r o p o s ed   h y b r id   m o d els;   C NN,   R esNet5 0 ,   VGG1 9 ,   Den s eNe t1 6 9 ,   an d   I n ce p tio n V3 ,   g av e   p er f o r m an ce   m etr ics,  af ter   a v er ag in g   p r ed ictio n   o f   s elec ted   m o d els,  o f   9 7 . 5 ac c u r ac y .   C o n s eq u en tly ,   th is   s tu d y   h as  s h o wn   h o cr u cial  it  is   to   s o lv th ch allen g in g   ta s k   o f   ch o o s in g   th e   id ea s et  o f   weig h ts   an d   b iases   n ee d ed   f o r   tr ain i n g   C NN  m o d el  b y   u tili zin g   th h y b r i d   m etah eu r is tic  en s em b le  alg o r ith m   an d   C NN  m o d els   [ 2 9 ] .   Fu r th er m o r e,   th m eth o d   d em o n s tr ates  th at  am alg am atin g   th ese  ap p r o ac h es  en h an ce s   th ac cu r ac y   o f   class if icatio n   an d   o v er all  p e r f o r m an ce   wh e n   class if y in g   lu n g   ca n ce r   in   C T   im ag es.       9.   CO NCLU SI O N     Usi n g   C NN  m o d el  an d   f o u r   d if f e r en en s em b le   ap p r o ac h es,  th is   s tu d y   p r esen ts   n o v el  h y b r id   alg o r ith m   to   in cr ea s th ac cu r ac y   o f   lu n g   ca n ce r   class if icat io n .   T o   en s u r r o b u s an d   ac cu r ate  co m p ar is o n   o f   r esu lts ,   th e x p er im e n tal  p r o ce d u r e   in v o l v ed   p ar titi o n in g   th d ataset  in to   test   s ets,  v alid atio n   an d   tr ain in g .   Du r in g   t h e   tr ain in g   p h ase,   m o d el   v alid atio n   was   p e r f o r m e d   u s in g   a   d e d icate d   v alid atio n   d ataset.   Fo llo win g   th e   tr ain in g   p r o ce s s ,   p r ed ictio n s   wer e   g e n er ated   f o r   b o t h   t h e   v alid atio n   an d   test .   T h e   m o d els   wer e   tr ain e d   u s in g   a   cu s to m ized   C NN   m o d el,   alo n g   with   s ev er al   p r e - tr ain ed   tr an s f er   lear n in g   ar c h itectu r es,   n am ely   R esNet5 0 ,   VGG1 9 ,   Den s eNe t1 6 9 ,   a n d   I n ce p tio n V 3 .   Su b s eq u en tly ,   th is   en s em b le   a p p r o ac h   was   em p lo y ed   to   ad d r ess   m o d el   wea k n ess es   an d   en h an ce   o v er all   p e r f o r m an c e.   Mu ltip le   m o d els   wer e   co m b in ed   an d   m er g e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8         Hyb r id   mo d el  d etec tio n   a n d   c la s s ifica tio n   o f lu n g   ca n ce r   ( R a mi  Yo u s ef )   1505   u s in g   th e   av er a g e   en s em b le   te ch n iq u e.   T h e   o p tim al   co m b in a tio n ,   id e n tifie d   as   a   b len d   of   t h e   to p   f iv e   m o d els,   was   ch o s en   as   th e   p r o p o s ed   h y b r id   m o d el.   T h is   wo r k   can   be   ex ten d e d   to   im p lem en t   with   d if f er e n t   d atasets   an d   u s in g   3D   C NNs   or   v o lu m etr ic   s eg m en tatio n   f o r   3D   m e d ical   im ag es.       ACK NO WL E DG E M E NT   T h au th o r /s   wo u ld   lik to   th an k   th Palest in T ec h n ical  Un iv er s ity - Kad o o r ie  f o r   th ei r   f in an cial   s u p p o r t to   c o n d u ct  th is   r esear c h .       RE F E R E NC E S   [ 1]   R .   Y o u sef ,   I d e n t i f y i n g   i n f o r m a t i v e   c o r o n a v i r u t w e e t u si n g   r e c u r r e n t   n e u r a l   n e t w o r k   d o c u m e n t   e mb e d d i n g ,   P a l e st i n e   T e c h n i c a l   U n i v e rs i t y   R e se a rc h   J o u r n a l ,   v o l .   1 0 ,   n o .   1 ,   p p .   9 3 1 0 2 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 5 3 6 7 1 / p t u r j . v 1 0 i 1 . 2 2 0 .   [ 2 ]   W .   L i   e t   a l . ,   A d v a n c e s   i n   t h e   e a r l y   d e t e c t i o n   o f   l u n g   c a n c e r   u s i n g   a n a l y si s   o f   v o l a t i l e   o r g a n i c   c o m p o u n d s :   F r o i ma g i n g   t o   sen s o r s,”   Asi a n   P a c i f i c   J o u r n a l   o f   C a n c e Pr e v e n t i o n ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 1 ,   p p .   4 3 7 7 4 3 8 4 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 7 3 1 4 / A P JC P . 2 0 1 4 . 1 5 . 1 1 . 4 3 7 7 .   [ 3 ]   C .   S .   D e l a   C r u z ,   L.   T .   Ta n o u e ,   a n d   R .   A .   M a t t h a y ,   Lu n g   c a n c e r :   e p i d e mi o l o g y ,   e t i o l o g y ,   a n d   p r e v e n t i o n ,   C l i n i c s   i n   c h e st   m e d i c i n e ,   v o l .   3 2 ,   n o .   4 ,   p p .   6 0 5 6 4 4 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c c m. 2 0 1 1 . 0 9 . 0 0 1 .   [ 4 ]   F .   B r a y   e t   a l . ,   G l o b a l   c a n c e r   st a t i st i c 2 0 2 2 :   G LO B O C A N   e st i ma t e s   o f   i n c i d e n c e   a n d   m o r t a l i t y   w o r l d w i d e   f o r   3 6   c a n c e r s   i n   1 8 5   c o u n t r i e s,”   C A:   C a n c e J o u r n a l   f o r   C l i n i c i a n s ,   v o l .   7 4 ,   n o .   3 ,   p p .   2 2 9 2 6 3 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 2 2 / c a a c . 2 1 8 3 4 .   [ 5 ]   S .   A .   B e l i n sk y   e t   a l . ,   G e n e   p r o m o t e r   m e t h y l a t i o n   i n   p l a sma   a n d   s p u t u i n c r e a ses  w i t h   l u n g   c a n c e r   r i sk ,   C l i n i c a l   C a n c e r   Re se a rc h ,   v o l .   1 1 ,   n o .   1 8 ,   p p .   6 5 0 5 6 5 1 1 ,   2 0 0 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 8 / 1 0 7 8 - 0 4 3 2 . C C R - 05 - 0 6 2 5 .   [ 6 ]   V .   P .   D o r i a - R o se,   P .   M .   M a r c u s,  E .   S z a b o ,   M .   S .   T o c k ma n ,   M .   R .   M e l a m e d ,   a n d   P .   C .   P r o r o k ,   R a n d o m i z e d   c o n t r o l l e d   t r i a l o f   t h e   e f f i c a c y   o f   l u n g   c a n c e r   scree n i n g   b y   s p u t u c y t o l o g y   r e v i si t e d :   A   c o m b i n e d   m o r t a l i t y   a n a l y si f r o t h e   J o h n H o p k i n l u n g   p r o j e c t   a n d   t h e   m e m o r i a l   s l o a n - k e t t e r i n g   l u n g   st u d y ,   C a n c e r ,   v o l .   1 1 5 ,   n o .   2 1 ,   p p .   5 0 0 7 5 0 1 7 ,   2 0 0 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / c n c r . 2 4 5 4 5 .   [ 7 ]   M .   M .   O k e n   e t   a l . ,   S c r e e n i n g   b y   c h e st   r a d i o g r a p h   a n d   l u n g   c a n c e r   m o r t a l i t y :   T h e   p r o st a t e ,   l u n g ,   c o l o r e c t a l ,   a n d   o v a r i a n   ( P L C O )   r a n d o m i z e d   t r i a l ,   J a m a ,   v o l .   3 0 6 ,   n o .   1 7 ,   p p .   1 8 6 5 1 8 7 3 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 1 / j a m a . 2 0 1 1 . 1 5 9 1 .   [ 8 ]   Th e   N a t i o n a l   L u n g   S c r e e n i n g   Tr i a l   R e se a r c h   Te a m ,   R e d u c e d   l u n g - c a n c e r   m o r t a l i t y   w i t h   l o w - d o s e   c o m p u t e d   t o m o g r a p h i c   scree n i n g ,   N e w   En g l a n d   J o u rn a l   o f   Me d i c i n e ,   v o l .   3 6 5 ,   n o .   5 ,   p p .   3 9 5 4 0 9 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 5 6 / N EJ M o a 1 1 0 2 8 7 3 .   [ 9 ]   K .   D a e t   a l . ,   M a c h i n e   l e a r n i n g   a n d   i t a p p l i c a t i o n   i n   s k i n   c a n c e r ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   En v i r o n m e n t a l   Re s e a r c h   a n d   P u b l i c   H e a l t h ,   v o l .   1 8 ,   n o .   2 4 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / i j e r p h 1 8 2 4 1 3 4 0 9 .   [ 1 0 ]   M .   M .   A h sa n   e t   a l . ,   D e e p   t r a n sf e r   l e a r n i n g   a p p r o a c h e s   f o r   M o n k e y p o x   d i s e a se   d i a g n o si s ,   Ex p e rt   S y st e m w i t h   Ap p l i c a t i o n s   v o l .   2 1 6 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e sw a . 2 0 2 2 . 1 1 9 4 8 3 .   [ 1 1 ]   A .   A su n t h a   a n d   A .   S r i n i v a sa n ,   D e e p   l e a r n i n g   f o r   l u n g   c a n c e r   d e t e c t i o n   a n d   c l a ss i f i c a t i o n ,   Mu l t i m e d i a   T o o l a n d   A p p l i c a t i o n s v o l .   7 9 ,   n o .   1 1 ,   p p .   7 7 3 1 7 7 6 2 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 0 4 2 - 019 - 0 8 3 9 4 - 3 .   [ 1 2 ]   W .   J.  S o r i ,   J.  F e n g ,   a n d   S .   Li u ,   M u l t i - p a t h   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   f o r   l u n g   c a n c e r   d e t e c t i o n ,   Mu l t i d i m e n si o n a l   S y st e m s   a n d   S i g n a l   Pro c e ss i n g ,   v o l .   3 0 ,   p p .   1 7 4 9 1 7 6 8 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 0 4 5 - 0 1 8 - 0 6 2 6 - 9 .   [ 1 3 ]   L .   N .   G u m m a ,   R .   T h i r u v e n g a t a n a d h a n ,   L .   K u r a k u l a ,   a n d   T .   S i v a p r a k a s a m ,   A   s u r v e y   o n   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   ( d e e p - l e a r n i n g   t e c h n i q u e )   - b a s e d   l u n g   c a n c e r   d e t e c t i o n ,   S N   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 7 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 4 2 9 7 9 - 021 - 0 0 8 8 7 - z.   [ 1 4 ]   H .   M .   S h y n i   a n d   E .   C h i t r a ,   A   c o m p a r a t i v e   s t u d y   o f   X - R a y   a n d   C i ma g e i n   C O V I D - 1 9   d e t e c t i o n   u si n g   i ma g e   p r o c e ssi n g   a n d   d e e p   l e a r n i n g   t e c h n i q u e s,”   C o m p u t e r   M e t h o d s   a n d   Pro g r a m s   i n   B i o m e d i c i n e   U p d a t e ,   v o l .   2 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c m p b u p . 2 0 2 2 . 1 0 0 0 5 4 .   [ 1 5 ]   T.   R a h ma n   e t   a l . ,   C O V - E C G N ET :   C O V I D - 1 9   d e t e c t i o n   u s i n g   EC G   t r a c e   i m a g e w i t h   d e e p   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k ,   H e a l t h   I n f o rm a t i o n   S c i e n c e   a n d   S y st e m s ,   v o l .   1 0 ,   n o .   1 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 3 7 5 5 - 0 2 1 - 0 0 1 6 9 - 1.   [ 1 6 ]   P .   G i f a n i ,   A .   S h a l b a f ,   a n d   M .   V a f a e e z a d e h ,   A u t o ma t e d   d e t e c t i o n   o f   C O V I D - 1 9   u si n g   e n s e m b l e   o f   t r a n sf e r   l e a r n i n g   w i t h   d e e p   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   b a se d   o n   C T   sc a n s ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   C o m p u t e r   Ass i st e d   Ra d i o l o g y   a n d   S u r g e ry ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 ,   p p .   1 1 5 1 2 3 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 5 4 8 - 0 2 0 - 0 2 2 8 6 - w.   [ 1 7 ]   U .   O .   D o r j ,   K .   K .   Le e ,   J.   Y .   C h o i ,   a n d   M .   Le e ,   T h e   sk i n   c a n c e r   c l a s si f i c a t i o n   u s i n g   d e e p   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k ,   Mu l t i m e d i a   T o o l a n d   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   7 7 ,   n o .   8 ,   p p .   9 9 0 9 9 9 2 4 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 0 4 2 - 0 1 8 - 5 7 1 4 - 1.   [ 1 8 ]   M .   S .   A l i ,   M .   S .   M i a h ,   J .   H a q u e ,   M .   M .   R a h ma n ,   a n d   M .   K .   I sl a m,  A n   e n h a n c e d   t e c h n i q u e   o f   s k i n   c a n c e r   c l a ssi f i c a t i o n   u s i n g   d e e p   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   w i t h   t r a n sf e r   l e a r n i n g   m o d e l s,”   M a c h i n e   L e a r n i n g   w i t h   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   5 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . ml w a . 2 0 2 1 . 1 0 0 0 3 6 .   [ 1 9 ]   M .   P a l ,   S .   M i st r y ,   a n d   D .   D e ,   I n t e r p r e t a b i l i t y   a p p r o a c h e s   o f   e x p l a i n a b l e   A I   i n   a n a l y z i n g   f e a t u r e f o r   l u n g   c a n c e r   d e t e c t i o n ,   i n   Fro n t i e rs  o f   I C T   i n   H e a l t h c a re ,   S i n g a p o r e :   S p r i n g e r ,   2 0 2 3 ,   p p .   2 7 7 2 8 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 9 8 1 - 19 - 5 1 9 1 - 6 _ 2 3 .   [ 2 0 ]   M .   S .   A h me d ,   K .   N .   I q b a l ,   a n d   M .   G .   R .   A l a m,   I n t e r p r e t a b l e   l u n g   c a n c e r   d e t e c t i o n   u s i n g   e x p l a i n a b l e   A I   met h o d s,   i n   2 0 2 3   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   f o r   A d v a n c e m e n t   i n   T e c h n o l o g y ,   I C O N AT  2 0 2 3 ,   2 0 2 3 ,   p p .   1 6 ,   d o i 1 0 . 1 1 0 9 / I C O N A T5 7 1 3 7 . 2 0 2 3 . 1 0 0 8 0 4 8 0 .   [ 2 1 ]   M .   B h a n d a r i ,   T .   B .   S h a h i ,   B .   S i k u ,   a n d   A .   N e u p a n e ,   E x p l a n a t o r y   c l a ssi f i c a t i o n   o f   C X R   i ma g e s   i n t o   C O V I D - 1 9 ,   P n e u m o n i a   a n d   Tu b e r c u l o s i u si n g   d e e p   l e a r n i n g   a n d   X A I ,   C o m p u t e rs   i n   Bi o l o g y   a n d   Me d i c i n e ,   v o l .   1 5 0 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp b i o m e d . 2 0 2 2 . 1 0 6 1 5 6 .   [ 2 2 ]   K .   D w i v e d i ,   A .   R a j p a l ,   S .   R a j p a l ,   M .   A g a r w a l ,   V .   K u m a r ,   a n d   N .   K u mar,  A n   e x p l a i n a b l e   A I - d r i v e n   b i o mark e r   d i sc o v e r y   f r a mew o r k   f o r   n o n - sm a l l   c e l l   l u n g   c a n c e r   c l a s si f i c a t i o n ,   C o m p u t e r i n   Bi o l o g y   a n d   Me d i c i n e ,   v o l .   1 5 3 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp b i o m e d . 2 0 2 3 . 1 0 6 5 4 4 .   [ 2 3 ]   W .   N .   H e n n e s,  L u n g   c a n c e r   d a t a se t   ( I Q - O TH / N C C D ) ,   K a g g l e ,   2 0 2 2 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p s : / / w w w . k a g g l e . c o m / d a t a se t s/ w a s e e m n a g a h h e n e s/ l u n g - c a n c e r - d a t a set - iq - o t h n c c d   [ 2 4 ]   M .   A z i z j o n ,   A .   J u ma b e k ,   a n d   W .   K i m,  1 D   C N N   b a s e d   n e t w o r k   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   w i t h   n o r m a l i z a t i o n   o n   i m b a l a n c e d   d a t a ,   i n   2 0 2 0   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Ar t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   i n   I n f o rm a t i o n   a n d   C o m m u n i c a t i o n   ( I C AI I C ) ,   2 0 2 0 ,   p p .   2 1 8 2 2 4 ,   d o i 1 0 . 1 1 0 9 / I C A I I C 4 8 5 1 3 . 2 0 2 0 . 9 0 6 4 9 7 6 .   [ 2 5 ]   L.   H u a n g ,   X .   H o n g ,   Z.   Y a n g ,   Y .   Li u ,   a n d   B .   Z h a n g ,   C N N - LST M   n e t w o r k - b a se d   d a ma g e   d e t e c t i o n   a p p r o a c h   f o r   c o p p e r   p i p e l i n e   u si n g   l a ser  u l t r a s o n i c   sc a n n i n g ,   U l t r a so n i c s ,   v o l .   1 2 1 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . u l t r a s. 2 0 2 2 . 1 0 6 6 8 5 .   [ 2 6 ]   M .   M a f t o u n i ,   A .   C .   C .   L a w ,   B .   S h e n ,   Z.   K .   G r a d o ,   Y .   Z h o u ,   a n d   N .   A .   Y a z d i ,   A   r o b u s t   e n s e m b l e - d e e p   l e a r n i n g   m o d e l   f o r   C O V I D - 1 9   d i a g n o s i s   b a s e d   o n   a n   i n t e g r a t e d   C s c a n   i m a g e s   d a t a b a s e ,   i n   I I S E   A n n u a l   C o n f e r e n c e   a n d   E x p o   2 0 2 1 ,   2 0 2 1 ,   p p .   6 3 2 637.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.