Transfer Learning in Data-limited Scenarios for Breast Cancer Risk Assessment

Abstract

La evaluación precisa del riesgo de cáncer de mama tiene el potencial de reducir las tasas de mortalidad al mejorar la detección temprana y permitir la creación de recomendaciones personalizadas de cribado y prevención. Recientemente, algunos sistemas de IA diseñados para procesar imágenes de mamografía han demostrado ser prometedores a la hora de identificar mujeres con un alto riesgo de desarrollar cáncer de mama. Sin embargo, el desarrollo de los sistemas de IA requiere una gran cantidad de datos, lo cual dificulta la validación y adopción de los sistemas basados en IA en la práctica clínica. En este sentido, es imperativo identificar formas alternativas de desarrollar y validar sistemas fiables basados en IA con muestras más pequeñas. Este trabajo tiene como objetivo evaluar el potencial del aprendizaje de transferencia para desarrollar la evaluación del riesgo de cáncer de mama basada en IA en escenarios con datos limitados. Diseñamos un estudio de casos y controles con 1144 mamografías correspondientes a 143 mujeres diagnosticadas de cáncer de mama y 143 controles sanos emparejados. Para tranfer learning, seleccionamos un sistema de referencia desarrollado originalmente para la detección del cáncer de mama. Reentrenamos el sistema de referencia para la evaluación del riesgo de cáncer de mama en nuestra muestra de estudio. Evaluamos y comparamos el rendimiento de los sistemas antes (referencia) y después del transfer learning (reentrenado) con tres enfoques de evaluación de riesgo del estado del arte: densidad del seno, análisis parenquimatoso (OpenBreast) y método basado en IA de la literatura (Mirai). El rendimiento se evaluó en términos del área bajo la curva ROC (AUC) y odds ratio (OR) con intervalos de confianza (IC) del 95%. Las diferencias en el AUC se se evaluaron con la prueba de Delong. Se obtuvieron AUC de 0,57 (IC del 95%: 0,51-0,64), 0,55 (0,48-0,62), 0,48 (0,41-0,55), 0,59 (0,52-0,65) y 0,60 (0,54-0,67) y OR de 1,01 (0,80-1,28), 1,11 (0. 88-1,41), 0,92 (0,73-1,16), 1,36 (1,07-1,73) y 1,64 (1,08-2,51) para el sistema de referencia, el sistema reentrenado, la densidad del seno, OpenBreast, y Mirai, respectivamente. El uso de transfer learning no logró mejorar el rendimiento del sistema de referencia. Los resultados no mostraron ninguna diferencia estadística entre el sistema reentrenado y los enfoques de evaluación de riesgo del estado del arte.