I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 ,   p p .   3226 ~ 3 2 3 7   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 3 . pp 3 2 2 6 - 3 2 3 7           3226       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Ro bust dee p lear ning  appro a ch f o r accura te  det e cti o n of brain  tumo r and a na ly sis       L a nk e   P a lla v i,   T ha t i   Ra m y a ,   Sin g up ura pu   Sa i   Cha ra n,   Si rig a dh a   Am it h,   T ho du pu n ur i   Ak s ha y   K u ma r   D e p a r t me n t   of   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   En g i n e e r i n g ,   B   V   R a j u   I n st i t u t e   of   Te c h n o l o g y ,   N a r sa p u r ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 1 5 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Dec   1 0 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Dec   1 9 ,   2 0 2 4       Us u a ll y ,   o n e   o t h e   f o re m o st  p re d o m in a n t   a n d   in tri c a te  t h e ra p e u ti c   c o n d i ti o n s.  As   b r o a d ly   p e rc e iv e d ,   b ra in   tu m o rs  a re   a m o n g   th e   fo re m o st   sig n ifi c a n t ly   h a rm fu c ircu m sta n c e th a c a n   ra d ica ll y   a b b re v iate   a   p e rso n ’s   li fe   e x p e c tan c y .   Va rio u m e th o d s   a re   lac k in g   f o r   o b se rv in g   th e   a ss o rtme n o f   tu m o siz e s,  s h a p e s,  a n d   a re a s.  Wh e n   m e rg e d   wit h   stra teg ies   o f   p r o fo u n d   lea rn in g ,   g e n e ra ti v e   a d v e rsa rial  n e two rk (G AN s)  a re   c o m p e ten o c a tch in g   th e   m e a su re m e n ts,  a re a s,  a n d   stru c tu re o tu m o rs.   P ro f o u n d   lea rn in g   fra m e wo rk will   m o v e   fo rwa rd   u p o n   th e   s h o rta g e   o d a tas e ts.  It   c a n   m o re o v e p ro g re ss   p h o to g ra p h with   d e term in a ti o n .   Clas sify in g   a n d   p a rti ti o n i n g   b ra i n   tu m o rs  p ro d u c ti v e ly   is  sig n ifi c a n t.   G AN a r e   u se d   i n   c o n ju n c ti o n   with   a n   o v e ra rc h i n g   lea rn in g   h a n d le.  p r o fo u n d   lea rn in g   d e sig n   c a ll e d   Ne u ro Ne t1 9 ,   c o u ld   b e   a n   in terc ro ss   o v isu a g e o m e try   g ro u p   (VG G 1 9 a n d   in v e rted   p y ra m id   p o o li n g   m o d u le  (IP P M )   wh ich   is  u ti li z e d   t o   re c o g n ize   b ra in   tu m o rs.  I t   i c lea th a t,   Ne u ro Ne t1 9   e m p lo y m e n ts  th e   fo re m o st  e x a c tec h n i q u e   in   c o m p a riso n   to   a ll   m o d e ls  (De n se Ne t1 2 1 ,   M o b i leN e t,   Re sN e t5 0 ,   VG G 1 6 ).   Th e   e x a c tn e ss   e x a m in a ti o n   g a v e   a   Co h e n   Ka p p a   c o e fficie n o 9 9 %   a n d   a   F 1 - sc o re   o 9 9 . 2 %   K ey w o r d s :   Den s eNe t1 2 1   G e n e r a t i v e   a d v e r s a r i al   n e t w o r k s     I n v er ted   p y r a m id   p o o lin g   m o d u le    Me d ical  im ag in g   b r ain   tu m o r   m en in g io m a   p itu itar y   t u m o r   Ma g n etic  r eso n an ce   im a g in g     Neu r o N et1 9   g lio m a   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 :   T h ati  R am y a   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   E n g in ee r in g ,   B   R aju   I n s titu te  o f   T ec h n o l o g y   Nar s ap u r ,   T elan g an a,   I n d ia   E m ail: r am y ath ati1 1 0 2 @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   B r ain   tu m o r s   m ay   b d ef in e d   as  g r o win g   ab n o r m ality   o f   b r ain   ce lls .   Su ch   b io lo g ical  co m p lex   ar ch itectu r r eq u ir es  q u ite  c h allen g in g   m e d icin an d   also   th p o s s ib ilit y   o f   im p air in g   b r ain   f u n ctio n s   [ 1 ] T h ey   m a y   ex e r p r ess u r o n   s u r r o u n d in g   tis s u es,  h en ce   e v e n tu ally   lead in g   to   i n tr ac r an ial   p r ess u r an d   f lu i d   ac cu m u latio n   [ 2 ] .   Sin ce   th e y   c o u ld   co m i n   an y   p ar o f   t h b r ain   an d   m a y   v ar y   in   s ize  an d   s ev er ity ,   d iag n o s is   an d   tr ea tm en t tu r n   o u t q u ite  ch allen g in g .   B r ain   tu m o r s   ar b asically   c lass if ied   in to   two   ca teg o r ies   ac co r d in g   to   t h eir   o r ig in b en ig n   an d   m alig n an [ 3 ] .   T h ese  b en ig n   ty p es  ar g e n er ally   n o n - ag g r ess iv e,   ch ar ac ter ized   b y   s lo g r o wth   a n d   p o s r elativ ely   less   th r ea t   to   h ea lth   [ 4 ] .   On   t h o th er   h an d ,   m alig n an tu m o r s   a r a g g r ess iv e;  th ey   ca n   in v a d e   s u r r o u n d in g   ar ea s   as  well  as   s p r ea d   to   alm o s all  p ar ts   o f   th b o d y   an d   p o s s er io u s   th r ea to   h u m an   h ea lth ,   if   n o tr ea ted   with   ex ce llen ef f ec tiv en ess   [ 5 ] .   T h u s ,   ea r ly   b r ain   tu m o r   d etec tio n   is   im p o r tan f o r   p atien ts   im p r o v em e n t th r o u g h   th p r o v is io n   o f   ea r ly   m ed ical  th er a p y .   M a n y   t e c h n i q u es   h a v e   b e e n   d es i g n e d   f o r   t h e   d e t e ct i o n   of   b r a in   t u m o r s ,   a l l   of   w h i c h   h a v e   an   a p p l i c a t i o n   an d   a   d r aw b ac k   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   Ho wev er ,   in   m o s t   co n v en tio n al   im ag e   d iag n o s tics ,   th e   m o d els   r ely   on   m ac h i n e   lear n in g -   b ased   m o d els   th at   ar e   ea s ily   co n f u s ed   with   th e   in h er e n t   c o m p lex ity   of   b r ain   tu m o r s   s in ce   of   v ar iatio n s   in   g r o wth   p atter n s   an d   ch ar ac ter i s tics   [ 8 ] ,   [ 9 ] .   R ec en t r esear ch   h as f o cu s ed   o n   d ee p   lear n in g   t ec h n iq u es  [ 1 0 ]   th at  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         R o b u s t d ee p   lea r n in g   a p p r o a ch   fo r   a cc u r a te  d etec tio n   o f b r a in   tu mo r   a n d   a n a lysi s   ( La n ke   P a lla vi )   3227   m ay   p r o v q u ite  p r o m is in g   in   au g m en tin g   d etec tio n   ca p ab ilit ies.  Kar am eh   et  a l.   [ 1 1 ]   p r esen ted   th e   en s em b le  d ee p   lear n in g   m o d e as  an   ap p r o ac h   to   o v er c o m e   th ese  is s u es  b u m ay   b v er y   co m p u tatio n ally   ex p en s iv m o d el  c h allen g in g   to   im p lem e n in   t h clin ica s ettin g .   Pan d iy an   et  a l.   [ 1 2 ]   h a v u s ed   m o r e   ad v an ce d   ar ch itectu r es  o f   co n v o lu tio n al  s y s tem s   f o r   th ac k n o wled g m e n an d   class if icati o n   wo r k .   Ho wev e r ,   th ab o v tech n i q u es  ar c h allen g in g   b ec au s o f   th s p a r s ity   o f   th e   av ailab le  lab ele d   m ed i ca d atasets ,   wh ich   m ay   ca u s o v e r f itti n g   an d   p o o r   g en er aliza tio n .   Naje eb   an d   Dah [ 1 3 ]   r ev iewe d   tr an s f er   lear n in g   tech n i q u es  to   u s p r e - tr ain ed   m o d els  lik VGG  an d   R esNet  f o r   im p r o v em en t.  M ah m u d   et  a l.   [ 1 4 ]   h av em p lo y ed   p r o f o u n d   lear n in g   to   m o v f o r war d   th e   class if icatio n   o f   b r ain   tu m o r s .   W h ile  th ese  ad v an ce m en ts   ar f ea s ib le,   th tech n iq u es  wo u ld   s till   in h er it  th is s u o f   h ig h   in te r - class   v ar iab ilit y   o f   tu m o r   m o r p h o l o g y   a n d   v ar ied   s ce n ar io s   in   im ag in g .   Gen er ativ ad v er s ar ial  n etwo r k s   ( GANs)   ar th em er g in g   tech n o lo g ies  in   m ed ical  im ag in g   [ 1 5 ] ,   as   it  ca n   g en er ate  v e r y   r ea lis tic  s y n th etic  d ata  f o r   a u g m e n tatio n   p u r p o s es.  T h wo r k   o f   Sh o aib   et  a l.   [ 1 6 ]   a n d   Am b esh war   et  a l.   [ 1 7 ]   s h o th s tr en g th   o f   GANs  to   o v er co m lim itatio n s   f ac ed   with   s m all - s ized   lab eled   d atasets .   Ho wev er ,   m o s GAN - b ased   m o d els  f ail  to   en s u r a n ato m ical  f id elity   in   g e n er ate d   im ag es  an d   f ail  to   co m p o s with   ea s y   class if icatio n   task s .   T h is   lan d s ca p e   u n d er lin es  th e   n ee d   f o r   in n o v ativ ap p r o ac h es   d esig n ed   t o   b ab le   to   ef f ec t iv ely   ad d r ess   th lim itatio n s   o f   th e   ex is tin g   m eth o d o lo g i es  f o r   b r ain   tu m o r   d etec tio n .   T h in co r p o r atio n   o f   GAN - b ased   en h an ce d   tec h n iq u es  in to   q u ite  r o b u s ar ch itectu r es  o f   n eu r al   n etwo r k s   s ig n if ican tly   im p r o v es d iag n o s tic  ca p ab ilit ies an d   en h an ce s   th o u tco m f o r   p atien ts   [ 1 8 ] .   T o   o v er c o m th ese  ch allen g es ,   we  p r o p o s th in n o v ativ a r ch itectu r ca lled   Neu r o Net1 9   s h o wn   in   Fig u r 1 ,   wh ich   in teg r ates th p r o s   o f   VGG1 9   with   in v er ted   p y r am id   p o o lin g   m o d u le  ( I PP M) .   L ev er ag in g   th e   p r o v e n   f ea tu r e x tr ac tio n   ab ili ty   o f   VGG1 9 ,   th in teg r atio n   o f   I PP f ac ilit ates  iter ativ ely   r ef in in g   an   im ag e   p atch .   T h h y b r id   ap p r o ac h   th er ef o r f u n ctio n s   to   im p r o v th ac cu r ac y   o f   class if icatio n   f o r   tu m o r s   b y   s im u ltan eo u s ly   f o cu s in g   o n   lo ca an d   g lo b al  tu m o r   ch ar ac te r is tics .   W f u r th er   in co r p o r ate   GAN - b ased   d ata   au g m en tatio n   p ip elin th at  g e n er ates  n ea r   r ea lis tic  s y n th etic  m ag n etic  r eso n a n ce   im ag in g   ( MRI)   im ag es  an d   ca n   m itig ate  is s u es  lik lim ite d   d atasets   an d   en h a n ce   m o d el  r o b u s tn ess   an d   Ma s k - r e g io n - b ased   co n v o l u tio n al   n eu r al  n etwo r k   ( Ma s k   R - C NN)   to   p o i n t th ex ac t tu m o r   l o ca tio n .   O u r   a p p r o a c h   f i l l s   s t il l   m i s s i n g   g a p s   in   e x i s t i n g   m e t h o d o l o g i e s   by   u s i n g   a   GAN - a u g m e n t e d   f r a m e w o r k   to   b o o s m o d el  tr ai n in g   o n   s p ar s d atasets .   Usi n g   th n ew  I PP m o d u le,   en r ich e d   f e atu r ex tr ac tio n   a n d   class if icatio n .   I is   co m p u tatio n ally   ef f icien s o lu tio n   t h at  ad ap ts   to   clin ical  wo r k f l o ws.   I s ig n if ies  a   r ev o lu tio n a r y   ap p r o ac h   th at  d iag n o s es  b r ain   tu m o r s   u s in g   ad v an ce d   d ee p   lear n in g   an d   GAN  tech n iq u es.   Neu r o Net1 9   h as  g o o d   ch a n ce   o f   tack lin g   ea r ly   tu m o r   d etec tio n   th at  wo u ld   r esu lt   in   th ap p r o p r iate   in ter v en tio n s   at  th r ig h t tim e,   th u s   u p g r ad in g   th s u r v i v al  r a tes o f   p atien ts .           Fig u r e   1.   Pro p o s ed   a r c h i t e c t u r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   3 2 2 6 - 3 2 3 7   3228   2.   M E T H O D   I n   th is   s tu d y ,   th e   d etec tio n   o f   b r ain   tu m o r s   wo u ld   c o m b in e   ad v an ce d   p r e p r o ce s s in g   tech n iq u es  with   th n o v el  ar ch itectu r ca lled   Neu r o Net1 9   an d   p r o g r ess iv g r o win g   GANs.  Ou r   f r am ewo r k   s ig n if ican tly   en h an ce s   th s p ee d   an d   ac cu r ac y   o f   th d etec tio n   o f   b r ai n   t u m o r   b ec au s o f   th r o b u s f e atu r es  ex tr ac ted   b y   VGG1 9 ,   en h an ce d   e v en   b etter   b y   th I PP M.   Mo r eo v er ,   p r ec is s eg m en tatio n   is   ac co m p lis h ed   th r o u g h   Ma s k   R - C NN  wh ile  en s u r in g   p r o p er   lo ca lizatio n   o f   th tu m o r s .   T h ese  m o d els  wer s elec ted   d u to   th eir   illu s tr ated   ef f ec tiv en ess   in   tak in g   ca r o f   co m p lex   d atasets   an d   g iv in g   p r ec is ex p ec tatio n s .     2. 1   Det a ils   o f   d a t a s et   T h d ataset  co n s is ts   o f   7 , 0 2 3   r esto r ativ MRI  im ag es  b elo n g in g   to   tr ain in g ,   v alid atio n   an d   test   s et s   to   en s u r th th o r o u g h   test in g   o f   well - tr ain ed   m o d el.   Fu r th er   s ep ar ated   in to   f o u r   d if f er e n class e s g lio m a,   m en in g io m a ,   p itu itar y   tu m o r ,   an d   n o   tu m o r .   T h tr ain in g   s et  is   m ea n f o r   th tr ain in g   o f   th Neu r o Net1 9   m o d el,   s o   th at  it  g ain s   r o b u s f ea tu r r ep r esen tatio n s .   T h v alid atio n   s et  is   m ain ly   u s ef u in   th p r o ce s s   o f   tr ain in g   t o   f i n e - tu n e   th e   m o d e f u r th e r   in   ar r an g e   to   av o id   o v er f itti n g .   p r o p e r   ch ec k   o f   th m o d el  o n   s u c h   u n s ee n   d ata  is   f in ally   in te n d ed   to   b d o n b y   th test in g   s et.     2 . 2 .     Da t a   p re pro ce s s ing   Pre p r o ce s s in g   m ay   b p iv o tal  m u lti - s tep   s tr ateg y   th at  i m p r o v es  th q u ality   o f   MRI  p ictu r es  b y   d ec r ea s in g   clam o r ,   ad ju s tin g   ar tifa cts,  an d   s tan d ar d izin g   th in f o r m atio n   f o r   d ep e n d ab le  in v esti g atio n .   T h is   p r ep ar e   in clu d es  a n   ar r an g e m en o f   ch a n g es,  s u ch   as  co n ce n tr ated   n o r m aliza tio n ,   cr a n iu m   s tr ip p in g ,   a n d   p ictu r en r o llm en t,  to   g u ar an t ee   co n s is ten cy   o v er   f ilter s .   T h ese  r ef in ed   p ictu r es  s er v as  t h estab lis h m en f o r   p r ec is s y m p to m atic  ap p r aisals   an d   AI - b ased   f o r ec asts   in   th er ap eu tic  im ag in g   [ 1 9 ] .     2 . 2 . 1 .   No rma liza t io n   Nu m er o u s   s tr ateg ies  ar e   ac ce s s ib le  f o r   n o r m alizin g   in f o r m atio n ,   co u n tin g   z - s co r e,   m in - m ax ,   an d   s ca lin g   o f   d ec im al  [ 2 0 ] .   B y   u t ilizin g   th is   m in - m ax   s tr ateg y ,   th co n ce n t r ated   v alu es  in   th e   in p u MRI  im ag es   ar s ca led   to   th e   ex ten d   ( 1 ,   1 )   o r   ( 0 ,   1 ) .   z - s co r e   s tan d ar d iz atio n ”  is   a   m eth o d   th at   n o r m a lizes  ea ch   escalate d   esteem   s ee n   in   an   attr ac tiv r e v er b er atio n   p ictu r in g   s u ch   t h at  th s tan d ar d   d ev iatio n   a n d   m e an   ar 0   [ 2 1 ] .     2 . 2 . 2 .   Sk ull   s t rippi ng   MRI  o f   b r ain   c h ec k s   h ab itu all y   u n co v er   z o n es  o f   n o n - b r ain   tis s u es  s u ch   as  th cr an iu m ,   d u r m ater ,   s ca lp   an d   m en in g es.  W h en   th e s th in g s   ar in co r p o r ated   in   t h s h o w,   th o p e r atio n   o f   clas s if icatio n   o r d in ar ily   p r o ce ed s .   So ,   t h b r ain   tu m o r   ca teg o r izatio n   ass ig n m en ts   r e g u lar ly   u tili ze   th is   m eth o d   as  to   b eg in   with   s tep   to   im p r o v ex ec u tio n   wh er e   th n o n - b r ain   z o n es a r e x p elled .     2 . 2 . 3 .   Resizing   W g o to   s ca le  all  th p h o t o g r ap h s   s o m e   tim r ec e n tly   n o u r is h in g   in to   th m o d els  o f   n e u r al  n etwo r k   class if icatio n ,   s in ce   d ee p   n eu r al  s y s tem s   n ee d   r eliab le  esti m ate  in p u [ 2 2 ] .   I n   ca s p i ctu r is   b ig g er   th a n   f u n d am e n tal,   it   m ay   b e   s ca led   d o wn   b y   alter in g   th e   p ix els   in ter io r   th e   o u tlin e   o r   b y   ad j u s tin g   th e   p ictu r e .   T h u s ,   all  MRI  p ictu r es  ar r es ized   to   s tead y   m ea s u r em en t,   o f   2 2 4 × 2 2 4   p i x els  to   m ee in p u p r er e q u is ites   o f   th VGG1 9   en g in ee r in g .     2 . 2 . 4 .   T ra ns f o rm ed  pict ure   T ak in g   af ter   th p r o ce s s   o f   tr i m m in g ,   p i x el  v alu es  o f   th is   tr im m ed   p ictu r a r n o r m alize d   s u ch   th at  th v alu e   d r o p s   b etwe en   0   an d   1 .   I g u ar an tees  d e p en d ab le  a n d   c o n tin u o u s   e x c h an g o f   co m p le x   p r o g r ess iv d ata.   T h is   im ag e   at  th at  p o in t   ex p e r ien ce s   b et ( o r   p o wer - law)   r ed r ess   to   f o cu s   o n   it   i s   s p ec ial   f ea tu r es.  I t is sh o wn   in   ( 1 ) .     = ×    ( 1 )     I n   th s p ec if ic  s ce n ar io ,   an   es teem   o f   1 . 5   is   allo tted   to   alter   v alu e.   T h p r o p o r tio n ality   s tead y   is   r ep r esen ted   by  ,   in itial e s teem   o f   p ix el  b y   ,   an d   ch a n g ed   o v er   esteem   o f   p ix el  b y   .     2 . 2 . 5 .   Deno is ing   No is o f   h ig h   f r eq u en cy ,   f r eq u en tly   ca lled   s p ec k   clam o r , ”  p r e v en ts   ac cu r ac y   ab o u t   af ter war d   ex am in atio n   a n d   el u cid atio n s   am id   p r e p ar in g   o f   r esto r ativ im ag es.  T h er ef o r e,   G au s s ian   o b s cu r is   u tili ze d   u p o n   p h o to s   f o r   d im in is h in g   th d o t   clam o r   an d   p r o g r ess   it   i s   clar ity   a n d   s m o o th n ess .   T h is   G au s s ian   b lu r   s er v es a s   estab lis h m en t f o r   th e   ex ten d .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         R o b u s t d ee p   lea r n in g   a p p r o a ch   fo r   a cc u r a te  d etec tio n   o f b r a in   tu mo r   a n d   a n a lysi s   ( La n ke   P a lla vi )   3229    ( , )   =   1 2 2 2 +   2 2 2     ( 2 )     We   s p ea k   to   th e   Gau s s ian   p ar t   esteem   at   p o in t   ( , )   u tili zin g   im ag e   GB   ( , )   as   ap p ea r ed   in   ( 2 ) .   11 × 1 1   p ar t   m ea s u r e   is   u tili ze d   ac co r d in g   to   o u r   e x am in atio n .   Stan d ar d   d ev iatio n   is   ca lcu lated   by   p r ep ar in g   p r o g r am   in s id e,   with   th eq u atio n .       =   1 6     ( 3 )     n’   s p ea k s   to   b it   m ea s u r em e n t   in   ( 3 ) .     2 . 2 . 6 .   Da t a   e nla rg e m ent   W u tili ze   th “in f o r m atio n   in cr ea s e”   m eth o d   [ 2 3 ]   to   e x ten d   th d ataset  b y   ap p ly in g   d if f er e n ch an g es  to   e x is tin g   in f o r m at io n   test s ,   co u n tin g   tu r n ,   f lip p in g ,   z o o m in g ,   tr im m i n g ,   a n d   th r esh o ld i n g ,   as   o u tlin ed   i n   Fig u r 2 .   T h ese  a d ju s tm en ts   p r esen d if f er e n ce s   in s id th p r ep a r in g   s et,   im p r o v in g   t h m o d el' s   ca p ac ity   to   g e n er alize   o v e r   d iv er s v ar ieties  o f   i n p u in f o r m atio n .   B y   co n s o lid atin g   wid r u n   o f   m o d if icatio n s ,   th is   ap p r o ac h   p r o g r ess es  v is u al  q u ality ,   f o r t if ies  s h o ex ec u tio n ,   an d   co n tr ib u tes  to   m o r e   p r o f o u n d   h y p o th etica l u n d er s t an d in g   o f   th i n f o r m atio n .           Fig u r e   2.   Data   au g m en tatio n   f o r   b r ain   tu m o r   s e g m e n t a t i o n       2 . 3 .     Neuro Net 1 9   a rc hite ct ure   T h Neu r o Net1 9   m o d el  is   o n o f   th e   d ee p l y   s p ec ialized   p r o f o u n d   lear n in g   s tr u ctu r es  th at  h av e   b ee n   o u tlin ed   to   class if y   p ictu r es  o f   b r ain   tu m o r s   f r o m   d ataset  o f   MRI  im ag es.   I is   an   ad v an ce m e n o v e r   th VGG1 9   ar ch itectu r e   an d   co m p r is es   a   n o v el   f ea tu r e   ex tr ac tio n   m o d u le   k n o wn   as   th e   in v er ted   p y r a m i d   p o o lin g   m o d u l e   or   I P P M .   I ts   h y b r i d   i n n o v a t i v e   d e s i g n   a i m s   at   a c h i e v i n g   e x c el l e n t   ca p a b i l iti e s   f o r   b o t h   f e a t u r e   e x t r a c t i o n   an d   class if icatio n   ac cu r ac y ,   m ai n ly   in   th e   ap p licati o n   s p ac o f   b r ain   tu m o r   lo ca ti o n .     2 . 3 . 1 .   VG G 1 9   B a c k bo ne   T h e   Neu r o Net1 9   m o d el   f u n d am en tally   b u ild s   on   th e   ar c h itectu r e   of   VGG1 9 .   VGG1 9   is   th e   o n e   am o n g   p r o m i n en n e u r al  n et wo r k s   u s ed   f o r   im ag class if icatio n .   T h VGG1 9   m o d el  c o m p r is es  m ain ly   1 9   weig h ted   lay e r s   co u n tin g   co n v o lu tio n al   lay e r s   ( 1 6   lay er s ),   f u lly   co n n ec ted   lay e r s   (3   la y e r s ),   an d   th e   p o o lin g   lay er s .   Stru ctu r e   is   s h o wn   in   Fig u r 3 .   C o n v o lu tio n al  lay er s   ( 1 6   lay e r s ) VGG1 9   b ac k b o n es  s tar with   1 6   co n v o lu tio n al  lay er s .   I is   th ese  lay er s   th at  ca n   b e   u s ed   f o r   f ea tu r ex tr ac tio n   [ 2 4 ] .   C o n v o lu t io n al  f ilter s   ar ap p lie d   to   th in p u MRI  im ag es ,   wh ich   p er m its   to   d etec f u n d am en tal  v is u al  p atter n s - ed g es,  s u r f ac es,  an d   s tr aig h tf o r war d   s h ap es  with in   th e   in itial   lay er s .   Ho wev er ,   as   th is   d ata   g o es   d ee p er   th r o u g h   th e   n etwo r k ,   th ese   lay e r s   s tar t   to   ca p tu r e   m o r e   co m p le x   an d   ab s tr ac ted   p atter n s   [ 2 5 ] .   T h is   p r o ce s s   lets   th m o d el  s tead ily   co n s tr u ct  h i g h - lev el  u n d er s tan d in g   o f   th e   im ag th at  is   in ev itab le  to   r ec o g n ize  tu m o r - r elate d   f ea tu r es  in   b r ain   MRIs.   Max - p o o lin g   lay er s   ( 5   lay er s ) Af ter   ea ch   co n v o lu tio n al  la y er ,   m ax - p o o lin g   lay er s   ar u s ed .   T h e   m ax - p o o lin g   lay er s   d ec r ea s s p atial  m ea s u r em en ts   ab o u i n clu d m ap s   o r ig in ated   f r o m   th c o n v o lu tio n al   lay er s .   Max - p o o lin g   k ee p s   th m o s p r o m in en f ea tu r es  an d   d o wn s am p les  th d ata.   T h is   r ed u ce s   th am o u n t   o f   c o m p u tatio n   r eq u ir e d   to   p r ed ict  th e   v alu es  o f   th d ata  p o in ts   wh ile  also   en s u r in g   th e r is   less   o v er f itti n g .   Max - p o o lin g   also   im p r o v es in v ar ian ce   o f   th m o d el  to   s m all   s h if ts   o r   d is to r tio n s   o f   t h in p u t im ag es  [ 2 6 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   3 2 2 6 - 3 2 3 7   3230   Fu lly   co n n ec ted   lay er s   (3   lay e r s ) :   No w,   af ter   f ea tu r e   ex tr ac ti o n ,   t h e   y ield   f r o m   th e   co n v o lu tio n al   an d   p o o lin g   lay er s   is   s tr aig h ten ed   an d   p ass ed   th r o u g h   th r ee   c o m p letely   ass o ciate d   lay er s .   T h ese  lay er s   p er f o r m   h ig h - lev el  th i n k in g   an d   d ec is io n - m ak i n g   b ased   o n   t h h ig h li g h ts   ex tr icate d   f r o m   th MRI   p ictu r es   [ 2 7 ] .   Af te r   th ese  p r o ce s s es,  p r o p er   f u ll e x tr ac tio n   tak es p lace   to   m a p   th e   f in al  f ea tu r es to war d   tu m o r   cl ass if icatio n .           Fig u r e   3.   Ar c h itectu r e   of   V G G 1 9       C o n v o l u t i o n   h a n d l e   i s   c o n n e c t i n g   to   t h e   i n p u t   p i c t u r e   M’   u s i n g   c h a n n e l   F .   R e g a r d i n g   e v e r y   c o o r d i n a t e   ( , ):     , = ( )     (4 )     ,   allu d es   to   esteem   d etec ted   at   ar r a n g es   ( , )   in   ( 4 ) ,   with in   co n s eq u en t   n etwo r k   C ,   w h er ea s      s p ea k s   to   th e   s eg m e n o f   in p u g r i d   M   wh ic h   is   p r esen tly   d e f en d e d   th r o u g h   th r o u te.   E v e r y   co n v o lu tio n   lay er   in ter f ac es d if f er en t r o u te s   f o r   ex tr icatin g   u n m is tak ab le  f ea tu r es a m o n g   in p u t in f o r m at io n .   So f tMa x   a ctiv atio n :   Af ter   a p p ly in g   th last   f u lly   c o n n ec t ed   lay er ,   th er e   is   So f tMa x   a ctiv atio n   o p er atio n .   T h is   So f tMa x   o p er atio n   is   m ath em atica o p er at io n   wh ich   tu r n s   th o u tp u o f   t h is   n eu r al  n etwo r k   in to   p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n .   Her e,   to o ,   it  cr ea tes  p r o b ab ilit y   f o r   ea ch   o f   th th r ee   class es  an d   th n eg ativ class ,   wh ich   is   n o   tu m o r .   T h m o d el  co n clu d es its   p r ed ictio n   b y   tak in g   th class   with   m ax i m u m   p r o b ab ilit y .        (  ) =  =          (5 )     W u tili ze   th     ca lcu latio n   to   ch an g o v er   s o r ted   o u y ield s   in to   K - class   lik elih o o d   co n v e y an ce s .   I n   ( 5 )   th n u m er ical  s tead y   E u ler s   n u m b er   ( e )   s p ea k s   to   in p u t o   ev er y   p ath ,   in d icate d   as  .   E x p o n e n tial  esteem   ab o u a b d icate s   ap p r aise    f o r   ea ch   less o n   is   d ec id ed   u tili zin g   th e q u atio n   .   Ad d in g   in s titu tio n alize s   th So f tMa x   y ield   to   e v er y   class     ( to o   ca lled     ( ) )   in   co n n ec tio n   with   y ield s   to   ev er y   o th er   cl a ss .     2 . 3 . 2 .   I P P M   T h in v e r ted   p y r am i d   p o o lin g   m o d u le  is   p r o p o s ed   f o r   f u r th er   im p r o v em en t   u p o n   th ab il ity   o f   t h e   f ea tu r ex tr ac to r   VGG1 9 .   Fu r th er   ex ten s io n   o f   th is   m o d el s   ex p er tis to   ca p tu r f ea tu r es  t h r o u g h o u s ca les  is   also   im p o r tan f o r   tu m o r   i d en tific atio n   m ain ly   b ased   o n   s ize  an d   s h ap d if f er en ce s .   T h e   I PP M   em p lo y s   th e   p o o lin g   with   th e   win d o w   s izes   of   2 × 2,   3 × 3,   4 × 4,   an d   6 × 6,   wh ich   en ab les   m u lti - s ca le  p o o lin g .   T h is   allo ws  th m o d el  to   ca p tu r s ev er al  lay er s   o f   s p atial  in f o r m atio n .   T h s m all  s ize s   o f   th p o o lin g   ar e   lik ely   to   ca p tu r e   th e   f in er   d etails,   in   th is   ca s e,   th e   e d g es   of   th e   tu m o r ,   wh er ea s   th e   lar g er   p o o l   s izes  ca p tu r in f o r m atio n   at  g lo b a l   lev el,   th u s   o u tlin in g   th g en er al  s h ap o f   th tu m o r   [ 2 8 ] .   T h is   is   p ar ticu lar ly   im p o r t an in   b r ain   tu m o r   d etec tio n   s in ce   s izes c o u ld   b g r ea tly   v ar ie d   an d   s o   ca n   s tr u c tu r es.       ( , ) =   ,       (6 )       s tan d s   f o r   t h ten s o r   in p u i n   ( 6 ) ,   in   th is   ca s it  is   eq u ally   m atch in g   with   th e   v alu o f   p i x el  at  th p o s itio n   ( , )   of   u p s am p led   r esu lt.    is   u p s am p lin g   o p er atio n .   Fo r   th e   p u r p o s es   of   th e   o p er atio n ,   th e   s izes   o f   p o o l   f u r n is h ed   b y   Neu r o Net1 9   a r u s ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         R o b u s t d ee p   lea r n in g   a p p r o a ch   fo r   a cc u r a te  d etec tio n   o f b r a in   tu mo r   a n d   a n a lysi s   ( La n ke   P a lla vi )   3231   Featu r r ef in em e n t:   f ea tu r es   ex tr ac ted   b y   th VGG1 9   b ac k b o n co n tain   f u n d am e n tal  v is u al   in f o r m atio n .   H o we v er ,   th ey   m ay   n o b en o u g h   to   in c o r p o r ate  all   th p o s s ib le  p atter n s   f o r   th e   p r o p er   class if icatio n   o f   tu m o r s .   T h a is   wh er t h I PP o p er ate d   m u lti - s ca le  p o o lin g   to war d   th e x p r ess io n   a n d   co m b in atio n   o f   f ea tu r es  lear n ed   ac r o s s   d if f e r en s ca les  with   v iew  t o   im p r o v is in g   th c o n ce p ca p ab ilit y   o f   th is   m o d el  o v e r   v ar io u s   class es o f   tu m o r s   an d   MRI  s ca n   v ar i atio n s .   I n   ( 7 ) ,   t h co m m u n icatio n   o f   m ix   o f   in co r p o r ate  m ap s   a m o n g   u n m is tak ab le  lay e r s   f r o m   I PP is   s h o wed   u p :     = ( 1 , 2 , 3 , . . . , )   ( 7 )     Her e,   th in teg r ated   ab d icate   is   d em o n s tr ated   as  C ,   an d   m ix in g   o f   s p o tlig h m ap s   co n s o lid ates   1 , 2 , 3 , . . . , .   T h ese  m ap s   ar f r o m   s o m lev els  o f   wo r ld wid o p e n   ar r an g em e n o r g a n izatio n .   T h u tili ze   o f   a   co u p le  o f   u p s am p lin g   s tag es  an d   r ea s o n ab le   s tr ateg ies  o f   p o o lin g   in   t h I PP o f   Neu r o N et1 9   g r an ts   th em   to   r ea s o n ab ly   ca tch   co n tr asti n g   am p lify   a b o u h ig h lig h ts .     2 . 3 . 3 .   P G G AN   f o r   da t a   a u g m e n t a t i o n   T h e   m ajo r   c h allen g e   in   tr ai n in g   th e   d ee p   lear n in g   m o d els   in   m ed ical   im ag e   an al y s is   is   th at   no   an n o tated   d ata  is   av ailab le  [ 2 9 ] .   Fo r   th is   p r o b lem ,   PGGAN  is   u tili ze d   to   cr ea te  s y n th etic  MRI  im ag es  to   ac as  an   au g m en tatio n   f o r   th e   ex i s tin g   tr ain in g   d ataset.   T h e r ar two   m ajo r   co m p o n en ts   to   P GGAN   ar ch itectu r e   as  s h o wn   in   Fig u r 4:   th g en er ato r   an d   th d is cr im in ato r .   T h ese  co m p lem en ea ch   o t h er   p er f ec tly   wh e n   cr ea tin g   an d   ev alu atin g   ar tific i ally   p r o d u ce d   MRI - s ca n n e d   i m ag es.           Fig u r e   4.   Ar c h itectu r e   of   P G G A N       T h e   g e n e r a t o r   h a s   a n   i n f l u e n t i a l   r o l e   i n   g e n e r a ti n g   n o v e l ,   s y n t h e t i c   MR I   i m a g es   w h i ch   c l o s e l y   r e s e m b l e   l e g it i m at e   M R I   d a t a;  i t   b e g i n s   w i t h   a   l o w - r es o l u t i o n   i m a g e   a n d   d e v e l o p s   f r o m   t h i s   o v e r   t i m e .   D u r i n g   t h e   c o u r s e   o f   t h e   t r ai n i n g   p r o c es s ,   t h e   g e n e r a t o r   l e a r n s   h o w   t o   d e v e l o p   v e r y   r e a l is t ic   i m a g es ,   w h e r e   i t g a i n s   f i n e - g r a i n e d   p o i n t s   o f   i n t e r e s t   a n d   c o m p l e x   p a t t e r n s   i n   M R I   p i ct u r e s .   T h e   d i s c r i m i n at o r   a s s e s s es  t h e   i m a g e s   c r e a t e d   b y   t h e   g e n e r a t o r .   I t   d i f f e r e n tia t e s   b et w e e n   a u t h e n t i c   a n d   s y n t h e t i c   i m a g es ,   o f f e r i n g   c r u ci a l   f e e d b a c k   t o   t h e   g e n e r a t o r .   T h e   p r i m a r y   a i m   o f   t h e   d i s c r i m i n a t o r   is   t o   c o r r e c tl y   i d e n t i f y   i m a g es   a s   ei t h e r   r ea l   o r   f a k e ,   t h e r e b y   a s s i s t i n g   t h e   g e n e r a t o r   i n   h o n i n g   i t s   o u t p u t   a n d   e n h a n c i n g   t h e   r e a l i s m   o f   t h e   i m a g es   i t   p r o d u ce s   [ 3 0 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   3 2 2 6 - 3 2 3 7   3232   PGGAN   u s es   p r o g r ess iv e   tr ain in g .   I t   b e g in s   s o lv in g   g e n er ated   im ag es   at   lo w   r eso lu tio n   an d   g r ad u ally   in cr ea s es   th e   r eso lu tio n .   T h is   way ,   it   a v o id s   tr ain i n g   in s tab ilit y   but   lets   th e   m o d el   ca p tu r e   co m p le x   f ea tu r es   o n   h ig h er   r eso lu tio n s .   Yet   an o th er   g u ar an tee   wh ic h   is   p r o g r ess iv e   f o r   PGGAN   is   th at   th e   g en er ato r   im p r o v es   t h a b i l i t y   to   g e n e r a te   q u a l i t y   i m a g e s   o v e r   t i m e .   T h e   i m a g es   t h a t   r e s u l t   f r o m   P G GA N   a p p e a r   to   b l e n d   v e r y   w e l l   w i t h   th e   tr ain in g   s et,   th er eb y   s u p p lem e n tin g   it   a n d   m ak i n g   it   r ic h er   wh ile   als o   m ak in g   a   g r ea ter   v ar iety   of   ex a m p les  av ailab le  f o r   Ne u r o Net1 9   to   a b s o r b .   T h is   au g m e n tatio n   s ee m s   to   aid   in   b etter   g en er aliza tio n   esp ec ially   wh e n   f ac ed   b y   d e f icien cy   o f   ac tu a l d ata  av ailab le.     2 . 4 .     Seg m ent a t io n   wit h   M a s k   R - CNN   Ma s k   R - C NN  is   s tr o n g   m o d el  f o r   ca n ce r o u s   tu m o r   d etec tio n   an d   s p atial  s eg m e n tatio n   b y   u s in g   MRI   im ag es.  I t   p r o d u ce s   h i g h - ac cu r ac y   s eg m en tin g   m ask s   d elin ea tin g   tu m o r   b o u n d ar ie s ,   th er ef o r e   b ein g   v er y   v al u ab le  f o r   v er y   s en s itiv m ed ical  ap p licatio n s   r eq u ir i n g   ex ce llen d etail.   T h is   m ea n s   th m o d el  s tar ts   with   r eg io n   p r o p o s al  n etwo r k   ( R PN) ,   wh ich   id en tifie s   wh er p o s s ib le  tu m o r s   m i g h t   be   lo ca ted ,   a n d   it   p r o d u ce s   b o u n d i n g   b o x es   b as ed   on   f ea tu r es   f r o m   th e   im ag e,   lik e   ir r e g u lar ities   o r   a b n o r m al  p atter n s .   T h p r o p o s als ar r ef in ed   in   two   s tag es:   B o u n d in g   b o x es a r ad j u s ted   p r ec is ely   f o r   ac cu r ac y ,   t h en   b in ar y   m ask   to   estab lis h   ex ac tly   wh er th e   tu m o r   m ig h b e.   T h p ix el - le v el  s eg m en tatio n   m ask s   p r o v i d ed   in   th o u tp u t   en ab le  p r ec is id en tific atio n   o f   tu m o r s ,   d if f er e n tiatio n   of   m u ltip le   tu m o r s ,   an d   a d v an ce d   an aly s es   lik e   v o lu m e   esti m atio n   or   tr ea t m en t   p lan n in g .   Ma s k   R - C NN’ s   ab ilit y   to   ac h iev e   h ig h - ac cu r ac y   in s tan ce   s eg m en tatio n   m ak es   it   an   ex ce llen t   ch o ice   f o r   v ar io u s   m e d ica im ag in g   ap p licatio n s .   F i n a l l y ,   t h e   t u m o r   d e t e c t i o n   s y s t e m   f o l l o w s   a   s t r u c t u r e d   w o r k f l o w ,   b e g i n n i n g   w i t h   p r e p r o c e s s i n g   s t e p s   s u c h   a s   n o r m a l i z a t i o n ,   s k u l l   s t r i p p i n g ,   a n d   r e s i z i n g   o f   M R I   i m a g e s .   T h e   N e u r o N e t 1 9   m o d e l   i s   t h e n   t r a i n e d   o n   t h e s e   p r e p r o c e s s e d   i m a g e s ,   i n c o r p o r a t i n g   s y n t h e t i c   d a t a   g e n e r a t e d   b y   P G G A N   t o   e n h a n c e   d a t a s e t   d i v e r s i t y .   M a s k   R - C N N   i s   u t i l i z e d   f o r   p r e c i s e   s e g m e n t a t i o n   o f   t u m o r   r e g i o n s   w i t h i n   t h e   i m a g e s ,   a f t e r   w h i c h   t h e   s y s t e m   c l a s s i f i e s   t h e   d e t e c t e d   t u m o r s   i n t o   a n y   o n e   o f   f o u r   c l a s s e s :   g l i o m a ,   m e n i n g i o m a ,   p i t u i t a r y ,   a n d   n o   t u m o r .     2 . 5 .     P er f o rma nce  a na ly s is   We   ev alu ate   p r ed ictio n   of   ea c h   ca teg o r y   b ased   on   th e   ass ess m en t   cr iter ia   co u n tin g   F1 - s co r e,   C o h en s   k ap p a,   r e - ca ll.  W also   ca lcu late  ev er y   ex ec u tio n   p o in ter   u tili zin g   th p e r p lex ity   o f   f o u r - ce ll   cr o s s   s ec tio n :   a.   Gen u in e   p o s itiv e   ( T P):   Occ asio n s   in   wh ich ,   th e   ap p ea r   p r ec i s ely   d ec id es   th e   tu m o r s   co r r e ct   lo ca tio n .   b.   Gen u in n eg ativ e   ( T N) C ir cu m s tan ce s   wh er e,   th co m p u ter   p r o g r am   p r ec is ely   f o r ec asts   th at  th tu mor   is   not   p r e s e n t .   c.   Un tr u e   p o s itiv e   ( FP ) :   C ir cu m s tan ce s   wh er e,   th e   ap p ea r   er r o n e o u s ly   ca teg o r ize   t h e   c h ec k   of   s o u n d   as   t u m o r .   d.   Un tr u e   n e g ativ e   ( FN) :   C ir cu m s tan ce s   wh er e,   th e   a p p ea r   er r o n e o u s ly   ig n o r es   th e   t u m o r ,   d r iv in g   it   i s   ca teg o r izatio n   as   s o u n d   c h a n n e l .     2 . 5 . 1 .   Acc ura cy   Acc u r ac y   m ea s u r es  th p er f o r m an ce   o f   m o d el  b y   s u g g esti n g   n u m b e r   o f   p r ec is ely   f o r ec asted   in s tan ce s   an d   th e   wh o le   in s tan ce s .   I t   is   at   v ar io u s   p o in ts   in   th e   d ataset   an   im p o r tan t   m ea s u r e   of   m o d el   ef f icien cy ,   an d   h ig h er   v alu o f   ac cu r ac y   m ea n s   b etter   p er f o r m a n ce   an d   d ec r ea s ed   p r ed ictio n   er r o r s .   W e   ex ec u te  th ca lcu latio n   u s in g   t h f o r m u la  ( 8 ) .         =  +   +  +  +       ( 8 )     2 . 5 . 2 .   P re cisi o n   Pre cisi o n   m ea s u r es   how   ac cu r ately   th e   m o d el   id en tifie s   th e   p o s itiv e   ca s es   in   all   of   th e   id en tifie d   p o s itiv es,  wh ich   is   an   im p o r tan asp ec in   r ed u cin g   f als p o s itiv es   ( FP ) .   Hig h   p r ec is io n   im p lies   th at,   d em o n s tr ate  h as   p r ec is ely   r e co g n ized   th p o s itiv ca s es,  an d   th e r ef o r e   p r e d ictio n   will   b r elia b le.   I is   ch ar ac ter ized   as r ep r esen ted   i n   ( 9 ) .           =   +      ( 9 )     2 . 5 . 3 .   Rec a ll   R ec all  o r   s en s itiv ity   m ea s u r es  h o well  m o d el  class if ies  wh at  ar k n o wn   to   b tr u e   p o s itiv es - it   m in im izes  th f alse  n eg ativ ( FN)   o f   all  ac tu al  p o s itiv es - o u o f   all.   R ec all  is   cr itical  f o r   ap p licatio n s   wh er f ailu r to   class if y   p o s itiv in s tan ce s   m ea n s   th en d   as sh o wn   in   ( 1 0 ) .         =   +      ( 1 0 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         R o b u s t d ee p   lea r n in g   a p p r o a ch   fo r   a cc u r a te  d etec tio n   o f b r a in   tu mo r   a n d   a n a lysi s   ( La n ke   P a lla vi )   3233   2 . 5 . 4 .   F1 - s co re   E q u atio n   ( 1 1 )   ca lc u lates  th F1 - s co r e,   in   wh ic h   r ec all  an d   p r ec is io n   b alan ce s   o u ea ch   o th er ,   wh ich   m ak es  it  v er y   u s ef u m ea s u r e   to   ch ec k   m o d els  o n   im b alan ce d   d atasets .   T h lar g er   t h F1 - s co r e ,   t h e   b etter   th tr ad e - o f f   b etwe en   r ec all  an d   p r ec is io n .     1    =   2 × (    ×  )     ×        ( 1 1 )     2 . 5 . 5 .   Co hen’s   K a pp a   co ef f ic ient   It   ev alu ates   th e   d eg r ee   of   c o n co r d an ce   am o n g   m o d el’ s   f o r ec asts   an d   g en u in e   n am es.   Scien tific   o p er atio n   is   r e p r esen ted   as ( 1 2 ) .     = (   ) ( 1  )     ( 1 2 )     T h e   Kap p a   co e f f icien t   ca lcu la tes   th e   d eg r ee   in   wh ich   g e n u i n e   co m p r e h en s io n   o u tf lan k s   i r r eg u lar   p o s s ib ilit y .   Gen u in v alu es  d em o n s tr ate  tall  s tag ab o u in f o r m atio n ,   s o lid   ce r tific atio n ,   an d   to tal  n ee d   ab o u t   m is co n ce p tio n less   v al u es  s h o p r o f itab le  a b n o r m ality .   E x p ec ted   co n s en t   is   s p o k e n   to   b y   th e   v a r iab le  p e th o u g h   watc h ed   u n d er s tan d in g   is   s p o k en   to   by   th e   v ar iab le   p o .   T h e   p er f o r m an ce   an al y s is   is   s h o wn   in   Fig u r 5 .           Fig u r e   5.   C o n f u s io n   m atr ix   f o r   N e u r o N e t 1 9       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   Neu r o Net1 9   can   id en tif y   t u m o r s   in   t h e   b r ain   with   e x ce llen t   a d v an tag es,   esp ec ially   wh e n   c o m p ar ed   to   o th er   lea d in g   m o d els.   T h is   f r am ewo r k   g ets  test   a cc u r ac y   o f   9 9 . 5 a n d   v alid atio n   ac cu r ac y   o f   9 7 . 9 %.   I is   in d ee d   th f ir s ar ch itectu r ab le  to   o u tp er f o r m   lead er s   lik Den s eNe t1 2 1 ,   Mo b ileNetV2 ,   R esNet5 0 ,   VGG1 6 ,   an d   VGG1 9 .   Fu r th er m o r e,   ea ch   o f   its   ev alu atio n   m etr ics:   p r ec is io n ,   r ec all,   a n d   F1 - s co r e,   k ee p s   r is in g   ab o v e   9 8 % o n   all  tu m o r   ty p es,  n am el y   m en in g io m a,   g lio m a,   p itu ita r y ,   an d   n o   tu m o r   Oth er   m o d els,  s u ch   as  Den s e Net1 2 1   an d   Mo b ileNetV2 ,   p e r f o r m   d if f er e n tly   o n   test s ,   y iel d in g   9 0 . 2 an d   9 2 . 3 %,  wh ile  R esNe t5 0   an d   VGG1 6   ar m o d er atel y   p e r f o r m in g ,   with   test   ac cu r ac ies   9 3 . 5 an d   9 5 . 6 %.   Desp ite  th p r ev alen ce   o f   s u c h   m o d els  in   task s   ap p lied   in   m ed ical  im ag in g ,   Ne u r o Net1 9   s ee m s   to   o u tp er f o r m   th em   by   p er f o r m in g   well   on   a cc o u n t   of   its   o p tim ized   ar ch ite ctu r e,   wh ich   in teg r ally   in clu d e s   th e   ap p licatio n   o f   VGG1 9   f ea tu r es  an d   in v e r ted   p y r am id   p o o lin g   m o d u le .   T h is   u n iq u d esig n   en h an ce s   f ea tu r ex tr ac tio n   an d   s p atial  r eso lu tio n ,   wh ich   ar e   c r itical  f o r   ac cu r ately   id en tify i n g   tu m o r s ,   e v en   in   co m p le x   s ce n ar io s .   T h e   s o p h is ticated   ar ch itectu r e,   esp ec ially   th e   I PP M   of   N eu r o Net1 9 ,   m u ch   en h an ce s   m u lti - s ca le   f ea tu r ag g r e g atio n   f o r   th id en tific atio n   o f   all  s izes  o f   tu m o r s .   Ad d in g   PGGAN - g en er ate d   s y n th etic  im ag es  m ak es   th e   m o d el   m o r e   r o b u s t   by   en lar g in g   d ataset’ s   s ize   wh er e,   at   s tar t,   th e   lack   of   a n n o tated   m ed ical   d ata   is   o v er co m e .   W ith   th is   e n h an ce m en t,  Neu r o Net1 9   o b tain s   b etter   ac cu r ac y   an d   ev alu atio n   m etr ics  th a n   o th e r   m o d e l s .   Ho wev er ,   th q u ality   an d   d iv e r s ity   ab o u i n p u t d ata  will  s way   th is   f r am ewo r k s   ap tn ess   an d   ab ilit y   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   3 2 2 6 - 3 2 3 7   3234   ea s ily   id en tify   s m all  o r   aty p ic al  tu m o r s .   co m p ar ativ an a ly s is   is   g iv en   in   th Fig u r 6   t h at  s h o ws  m o d els,   s u c h   a s   Den s eNe t1 2 1 ,   Mo b ileNetV2 ,   R esNet5 0 ,   VGG1 6   h av s h o wn   g o o d   p er f o r m an ce   b u lack   at  in tr icate   tu m o r   d etails   an d   co n f r o n ts   Neu r o Net1 9 s   b r illi an t   f ea t u r es   th at   it   h as   s h o wn   in   d eliv er in g   co n s is ten t   an d   r eliab le  o u tco m es f o r   all  tu m o r   ca teg o r ies.           Fig u r e   6.   C o m p a r is o n   of   Neu r o Net1 9   with   o th er   m o d e l s       4.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   estab lis h es  Neu r o Net1 9   as  s tate - of - th e - a r d e ep   m o d el  f o r   p ar ticu lar   task   o f   b r ain   tu m o r   d etec tio n   th at  o u tp er f o r m s   o th er   m o d els,  s u ch   as  M o b ileNetV2 ,   R esNet5 0 ,   an d   Den s eNe t1 2 1 ,   with   in cr ea s ed   ef f ec tiv e n ess .   I n   o r d er   to   g et   9 9 . 5 %   test   ac cu r ac y ,   I PP M   f o r   m u lti - s ca le   f ea tu r e   ag g r e g atio n   with   d ata  au g m en tatio n   th r o u g h   P GGAN   is   u s ed th is   also   g iv es   an   ev alu atio n   th at   is   more   t h an   98%   in   m o s t   ca teg o r ies  o f   tu m o r s   o b s er v e d .   T h ese  r esu lts   ca n   cr o s s   th is s u o f   lim ited   an n o tated   d ata  an d   d escr ib e   s u b tle  tu m o r   c h ar ac ter is tics ; t h er ef o r e ,   it is   u s ef u l so lu tio n   f o r   m e d ical  im ag in g   an aly s is .   T h e   f u r th er   im p licatio n s   f r o m   th is   wo r k   a r e   its   ab ilit y   to   im p r o v e   d iag n o s tic   ac cu r ac y   an d   aid   d o cto r s   in   th e   s p ec ial   lo ca liza tio n   an d   class if icatio n   of   tu m o r s .   I t   also   h as   it s   l im itatio n   in   th at   it   d em an d s   p r o p er   h ig h - q u ality   tr ai n in g   d ata,   an d   it   is   n o t   p o s s ib le   to   d etec t   s m all   or   aty p ical   tu m o r s .   T h ese   lim itatio n s   can   be   r e m o v e d   i n   f u t u r e   s t u d i e s   b y   a d d i n g   d i v e r s i f i e d   a n d   h i g h - r e s o l u t i o n   d a t a s et s ,   i m p r o v i n g   t h e   m o r e   a d v a n c e d   a u g m e n t a t i o n   m eth o d s ,   o r   r esear ch in g   th d o m ain   ad ap tatio n   th at  ten d s   to   f in d   th o u tlier s .   Ad d itio n al   wo r k   on   o p tim izi n g   Neu r o Net1 9   f o r   clin ical   wo r k f lo ws   or   u s e   th r o u g h   a   clo u d - co m p u tin g   p latf o r m   m a y   also   p ay   o f f   in   th f u tu r e .   Fu tu r a d v an ce s   in   th d ir ec tio n   o f   i n ter p r etab ilit y   an d   ex p lain ab ilit y   m ay   f u r t h er   s p e ed   u p   t h is   tech n o lo g y   to   p o ten tially   m ak it e n d   u p   in   clin ica l p r ac tice .       ACK NO WL E DG M E N T S   T h au th o r s   ex ten d   th eir   s in ce r g r atitu d to   L an k Pallav a n d   C h .   Ma d h u   B ab u   f o r   th eir   in v alu ab le   s u p p o r t   an d   g u i d an ce   th r o u g h o u th is   r esear ch .   T h eir   in s ig h tf u d is cu s s io n s   an d   co n s tr u ct iv f ee d b ac k   h av e   s ig n if ican tly   co n tr ib u ted   to   th s u cc ess f u l c o m p letio n   o f   th i s   s tu d y       F UNDING   I NF O R M A T I O N   Au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   in v o lv ed .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   E ac h   au th o r   h as  co n tr i b u ted   s i g n if ican tly   t o   th is   s tu d y ,   en s u r in g   its   co m p letio n   an d   ac cu r a cy .   L an k Pallav was  r esp o n s ib le  f o r   c o n ce p tu aliza tio n ,   s o f twar e ,   r eso u r ce s ,   v alid atio n ,   f o r m al  an aly s is ,   wr itin g   r ev iew  &   ed itin g ,   s u p e r v is io n ,   a n d   p r o ject  ad m in is tr atio n .   T h ati  R a m y co n tr i b u ted   to   m eth o d o l o g y ,   s o f twar e ,   d ata  cu r atio n ,   wr itin g   o r ig i n al  d r af t ,   wr itin g   r ev iew  &   e d itin g ,   a n d   v is u aliza tio n .   Sin g u p u r a p u   Sai  C h ar an   p lay ed   a   k ey   r o le  in   m eth o d o lo g y ,   s o f twar e,   v alid atio n ,   f o r m al  an aly s is ,   wr it in g   o r ig in al  d r af t,  an d   wr itin g   r ev iew  &   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         R o b u s t d ee p   lea r n in g   a p p r o a ch   fo r   a cc u r a te  d etec tio n   o f b r a in   tu mo r   a n d   a n a lysi s   ( La n ke   P a lla vi )   3235   ed i ti n g .   Si r i g a d h Am i th   p r o v i d e d   r es o u r ce s ,   c o n d u c te d   in v e s tig ati o n ,   m a n a g e d   d ata   c u r ati o n ,   a n d   c o n t r i b u te d   to   w r i ti n g   r e v iew  &   e d i ti n g   a n d   v is u al iza ti o n .   T h o d u p u n u r A k s h a y   K u m a r   f o cu s ed   o n   v al id ati o n ,   in v est ig ati o n ,   w r iti n g   o r i g i n al   d r a f t,   a n d   w r it in g   r ev iew   &   e d iti n g .   A ll  au th o r s   h a v r ea d   a n d   ap p r o v ed   t h f i n al  m a n u s c r i p t.     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   L an k Pallav i                               T h ati  R am y a                               Sin g u p u r a p u   Sai Ch ar an                               Sirig ad h Am ith                               T h o d u p u n u r i A k s h ay   Ku m ar                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est.       I NF O RM E CO NS E N T   No t a p p licab le,   as n o   h u m a n   p ar ticip an ts   wer in v o lv e d   in   th is   s tu d y .       E T H I CAL AP P RO V AL   T h is   s tu d y   d o es n o t in v o l v h u m an   o r   an im al  s u b jects; th er e f o r e,   eth ical  a p p r o v al  was n o r eq u ir ed .       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h d ata  t h at  s u p p o r t h f in d in g s   o f   th is   s tu d y   ar a v ailab le  f r o m   th e   co r r esp o n d i n g   a u th o r ,   TR ,   u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   A .   B .   A b d u sa l o m o v ,   M .   M u k h i d d i n o v ,   a n d   T .   K .   W h a n g b o ,   B r a i n   t u mo r   d e t e c t i o n   b a s e d   o n   d e e p   l e a r n i n g   a p p r o a c h e a n d   mag n e t i c   r e s o n a n c e   i m a g i n g ,   C a n c e r s ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 6 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / c a n c e r s 1 5 1 6 4 1 7 2 .   [ 2 ]   A .   A .   N a y a n   e t   a l . ,   A   d e e p   l e a r n i n g   a p p r o a c h   f o r   b r a i n   t u m o r   d e t e c t i o n   u s i n g   m a g n e t i c   r e s o n a n c e   i m a g i n g ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r E n g i n e e r i n g   ( I J EC E) ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 0 3 9 1 0 4 7 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 1 3 i 1 . p p 1 0 3 9 - 1 0 4 7 .   [ 3 ]   S .   A l su b a i ,   H .   U .   K h a n ,   A .   A l q a h t a n i ,   M .   S h a ,   S .   A b b a s ,   a n d   U .   G .   M o h a mm a d ,   E n sem b l e   d e e p   l e a r n i n g   f o r   b r a i n   t u m o r   d e t e c t i o n ,   Fr o n t i e rs  i n   C o m p u t a t i o n a l   N e u r o sc i e n c e ,   v o l .   1 6 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 8 9 / f n c o m. 2 0 2 2 . 1 0 0 5 6 1 7 .   [ 4 ]   B .   B a b u   V i m a l a ,   S .   S r i n i v a s a n ,   S .   K .   M a t h i v a n a n ,   M a h a l a k s h m i ,   P .   Ja y a g o p a l ,   a n d   G .   T.   D a l u ,   D e t e c t i o n   a n d   c l a ssi f i c a t i o n   o f   b r a i n   t u mo r   u s i n g   h y b r i d   d e e p   l e a r n i n g   m o d e l s ,   S c i e n t i f i c   Re p o rt s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 9 8 - 023 - 5 0 5 0 5 - 6.   [ 5 ]   B .   B .   G u p t a ,   A .   G a u r a v ,   a n d   V .   A r y a ,   D e e p   C N N   b a s e d   b r a i n   t u mo r   d e t e c t i o n   i n   i n t e l l i g e n t   s y s t e ms ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   I n t e l l i g e n t   N e t w o rks ,   v o l .   5 ,   p p .   3 0 3 7 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j i n . 2 0 2 3 . 1 2 . 0 0 1 .   [ 6 ]   H .   C h e n ,   Z.   Q i n ,   Y .   D i n g ,   a n d   T .   L a n ,   B r a i n   t u mo r   se g me n t a t i o n   w i t h   g e n e r a t i v e   a d v e r s a r i a l   n e t s,   i n   2 0 1 9   2 n d   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   Bi g   D a t a ,   I C AI BD   2 0 1 9 ,   2 0 1 9 ,   p p .   3 0 1 3 0 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C A I B D . 2 0 1 9 . 8 8 3 6 9 6 8 .   [ 7 ]   G .   B .   M o h a n   e t   a l . ,   En h a n c i n g   b r a i n   t u m o r   d i a g n o s i w i t h   g e n e r a t i v e   a d v e r s a r i a l   n e t w o r k s,”   i n   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   1 4 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   C l o u d   C o m p u t i n g ,   D a t a   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e ri n g ,   C o n f l u e n c e   2 0 2 4 ,   2 0 2 4 ,   p p .   8 4 6 8 5 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C o n f l u e n c e 6 0 2 2 3 . 2 0 2 4 . 1 0 4 6 3 3 8 4 .   [ 8 ]   C .   G e ,   I .   Y .   H .   G u ,   A .   S .   Ja k o l a ,   a n d   J.   Y a n g ,   D e e p   se mi - s u p e r v i se d   l e a r n i n g   f o r   b r a i n   t u mo r   c l a ss i f i c a t i o n ,   BM C   Me d i c a l   I m a g i n g ,   v o l .   2 0 ,   n o .   1 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s 1 2 8 8 0 - 0 2 0 - 0 0 4 8 5 - 0.   [ 9 ]   S .   G u p t a ,   M .   A g g r a w a l ,   A .   S h u k l a ,   a n d   A .   Ty a g i ,   B r a i n   t u m o r   d e t e c t i o n   u si n g   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   o n   M R I   i mag e s,”   L e c t u re   N o t e i n   N e t w o r k a n d   S y st e m s ,   v o l .   7 2 6   LN N S ,   p p .   5 6 9 5 7 7 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 981 - 99 - 3 7 1 6 - 5 _ 4 6 .   [ 1 0 ]   C .   H a n   e t   a l . ,   C o m b i n i n g   n o i s e - to - i mag e   a n d   i m a g e - to - i m a g e   G A N s :   B r a i n   M R   i m a g e   a u g me n t a t i o n   f o r   t u mo r   d e t e c t i o n ,   I EEE   Ac c e ss ,   v o l .   7 ,   p p .   1 5 6 9 6 6 1 5 6 9 7 7 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 1 9 . 2 9 4 7 6 0 6 .   [ 1 1 ]   S .   K a r a me h i ć   a n d   S .   J u k i ć ,   B r a i n   t u mo r   d e t e c t i o n   a n d   c l a ssi f i c a t i o n   u s i n g   V G G 1 6   d e e p   l e a r n i n g   a l g o r i t h a n d   p y t h o n   i ma g i n g   l i b r a r y ,   Bi o e n g i n e e ri n g   S t u d i e s ,   v o l .   4 ,   n o .   2 ,   p p .   1 1 3 ,   N o v .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 7 8 6 8 / b e s. v 4 i 2 . i d 2 5 2 .   [ 1 2 ]   P a n d i y a n   M ,   Je n i s h a   E ,   M a d h u r a n j a n i   G ,   B .   D h a r sh i n i   S ,   B r a i n   t u m o r   d e t e c t i o n   u s i n g   d e e p   t r a n sf e r   l e a r n i n g ,   I n t e ra n t i o n a l   J o u rn a l   o f   S c i e n t i f i c   Re s e a rc h   i n   En g i n e e ri n g   a n d   Ma n a g e m e n t ,   v o l .   0 8 ,   n o .   0 3 ,   p p .   1 5 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 5 5 0 4 1 / I JS R E M 2 9 7 0 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.