INNOVATIVE WEB-BASED DECISION SUPPORT SYSTEM FOR COMBINING MAMMOGRAPHIC, HISTOLOGICAL AND CYTOLOGICAL IMAGE DATA IN BREAST CANCER DIAGNOSIS

Transcript

1 INNOVATIVE WEB-BASED DECISION SUPPORT SYSTEM FOR COMBINING MAMMOGRAPHIC, HISTOLOGICAL AND CYTOLOGICAL IMAGE DATA IN BREAST CANCER DIAGNOSIS Spiros Kostopoulos 1, George Xenogiannopoulos 1, Dimitris Glotsos 1, Ioannis Kalatzis 1, Pantelis Asvestas 1, Kostas Sidiropoulos 2, Eirini Konstantina Nikolatou 3, Panagiota Ravazoula 4, Nikos Dimitropoulos 5, George Sakellaropoulos 6, George Nikiforidis 6, Dionisis Cavouras 1 1 Department of Biomedical Engineering, Technological Education Institute of Athens, Greece, 2 School of Engineering and Design, Brunel University West London, Uxbridge, Middlesex, United Kingdom 3 Department of Economic Sciences, University of Patras, Patras, Greece 4 Department of Pathology, University Hospital of Patras, Greece 5 Delta Digital Diagnostic Center, Semitelou 6, Athens, Greece 6 Department of Medical Physics, School of Medicine, University of Patras, Patras, Greece 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ (Ι) Καρκίνος: Ο καρκίνος είναι μια σημαντική αιτία της νοσηρότητας και της θνησιμότητας στην Ευρώπη: για το 2006, διαγνώστηκαν νέα περιστατικά και καταγράφηκαν θάνατοι Καρκίνος του μαστού: Ο καρκίνος του μαστού είναι η πρώτη σε συχνότητα κακοήθεια της γυναίκας και η δεύτερη αιτία θανάτου γυναικών από καρκίνο ιάγνωση με μαστογραφία : Ο τακτικός προληπτικός μαστογραφικός έλεγχος έχει αποδειχθεί ότι αποτελεί μια αξιόπιστη μέθοδο που προκαλεί μείωση της θνησιμότητας Προβλήματα μαστογραφίας : Όμως, παρ όλες τις τεχνικές βελτιώσεις, η μαστογραφία εμφανίζει ακόμα πολύ χαμηλή ειδικότητα (60-65%) 2

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ (ΙΙ) Μικροσκοπία : Η ιστολογική και κυτταρολογική εξέταση του μαστού δύναται να καθορίσει τον ακριβή τύπο της αλλοίωσης (καλοήθεια-κακοήθεια), τον βαθμό κακοηθείας και τυχόν διήθηση των μασχαλιαίων λεμφαδένων. Προβλήματα στη Μικροσκοπία : Ακόμα όμως και η μικροσκοπική εξέταση παρουσιάζει σημαντικό ποσοστό διαγνωστικών σφαλμάτων σε συνθήκες κλινικής ρουτίνας, εξαιτίας της υποκειμενικότητας, της έλλειψης εμπειρίας, της ετερογένειας του όγκου, και της μορφολογικής και βιολογικής συνέχειας του όγκου. Ability to resolve Invisible objects Optimize 3

4 ΕΙΣΑΓΩΓΗ (ΙΙΙ) Σκοπός: Αντικείμενο του έργου είναι η μελέτη, ανάπτυξη και κλινική εφαρμογή ενός συστήματος λήψης, επεξεργασίας και συνδυαστικής ανάλυσης με Η/Υ εικόνων μαστογραφίας και μικροσκοπίας (ιστολογικές/κυτταρολογικές) ώστε να αξιολογηθεί ο τύπος (καλοήθεια-κακοήθεια) και τα χαρακτηριστικά (όπως βαθμός κακοήθειας, έκφραση Οιστρογονικών Υποδοχέων-ΟΥ) ύποπτων προς αλλοίωση περιοχών. Κατά τον τρόπο αυτό αναμένουμε να παρέχεται στον ιατρό ένα σημαντικό εργαλείο υποβοήθησης (α) για την ακριβέστερη διάγνωση του καρκίνου του μαστού για τον καθορισμό αποτελεσματικότερων θεραπευτικών αγωγών (β) για την μείωση της πιθανότητας διαγνωστικών παρερμηνειών μέσω της ακριβέστερης εκτίμησης του τύπου (καλοήθεια-κακοήθεια), του βαθμού κακοήθειας, του επιπέδου ορμονικών υποδοχέων και άλλων μοριακών δεικτών ενδεικτικών της θεραπευτικής αντιμετώπισης (γ) για την παραγωγή νέας επιστημονικής γνώσης που θα οδηγήσει στην καλύτερη κατανόηση του καρκίνου του μαστού, όπως η συσχέτιση μεταξύ μαστογραφικού τύπου, βαθμού κακοήθειας και έκφρασης ΟΥ με το προσδόκιμο επιβίωσης και τις διάφορες θεραπευτικές προσεγγίσεις 4

5 ΥΛΙΚΟ Εικόνες μαστογραφίας και μικροσκοπίας από ασθενείς με καρκίνο του μαστού (Τμήμα Παθολογικής Ανατομικής, Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Πατρών) Ψηφιοποίηση ιστολογικών/κυτταρολογικών εικόνων με χρήση μικροσκοπίου Leica DM 2500 και ψηφιακής κάμερας Leica DFC420C 5

6 ΜΕΘΟΔΟΣ (Ι) System Core Data Access Layer System Repository PDA PC Internet Security & Registration Module Image processing and analysis tools Decision Support System Internet databases User Tablet PC DSS Database Search Engine User Profiles Database User Profile Builder Module 6

7 ΜΕΘΟΔΟΣ (ΙΙ) The physician logins into the system by entering his/her credentials and uploads a set of images along with associated patient clinical information. Moreover, a set of online image processing tools are at the physician s disposal. 1 Image Processing and Analysis Tools Physician 3 Use Case Scenario: Decision Support System The physician receives a report with the output of the decision support system. The latter is also stored into the system s repository. User credentials histological images radiological images Associated clinical information BrainPath CADMAMMO Platform Platform Uploaded information from 2 the physician is stored into the database under a provisional status and then it is fed into the decision support system. Decision Support System Support System ϖ On-line computer based 2 nd opinion Web services Web acting services as a acting Database Database Data Access as Layer a Data Access server server Layer 7

8 1. Ιστοσελίδα και διαδικτυακή πλατφόρμα συστήματος ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (Ι) 8

9 2. Δημοσιεύσεις σε επιστημονικά περιοδικά και συνέδρια --μέχρι σήμερα (Ιούνιος 2014), 1 δημοσίευση σε επιστημονικό περιοδικό και 6 δημοσιεύσεις σε επιστημονικά συνέδρια ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (ΙΙ) 9

10 3. Ανάπτυξη βάσης δεδομένων πλατφόρμας ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (ΙΙΙ) 10

11 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (ΙV) 4. Ανάπτυξη λογισμικού πλατφόρμας 11

12 5. Ανάπτυξη μεθόδων επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνων μαστογραφίας ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (V) 12

13 6. Ανάπτυξη μεθόδων επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνων μικροσκοπίας ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (VΙ) 13

14 ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Ενδεικτικά αποτελέσματα σε εικόνες μικροσκοπίας Ακρίβεια τμηματοποίησης 87% Οικογένεια χαρακτηριστικών Πρόβλεψη κακοήθειας SRG τμηματοποίηση Υφής 90.8% Μορφολογικά 87.0% Αρχιτεκτονικής 81.2% Ποιοτικά 88.9% έντρο ελάχιστων αποστάσεων 14

15 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ο καρκίνος είναι μια σημαντική αιτία της νοσηρότητας και της θνησιμότητας στην Ευρώπη. Ο καρκίνος του μαστού είναι η πρώτη σε συχνότητα κακοήθεια της γυναίκας στο υτικό κόσμο και η δεύτερη αιτία θανάτου γυναικών από καρκίνο. Το παρόν ερευνητικό έργο αναμένεται να συμβάλει στην έγκαιρη διάγνωση και αποτελεσματική αντιμετώπιση ασθενών με καρκίνο του μαστού με ιδιαίτερα οφέλη στο γυναικείο πληθυσμό, όπως a. βελτίωση του προσδόκιμου επιβίωσης μέσω της ακριβέστερης διάγνωσης, b. βελτίωση ποιότητας διαβίωσης ασθενών που πάσχουν από τη νόσο μέσω του καθορισμού αποτελεσματικότερων θεραπευτικών προσεγγίσεων, c. ελάττωση του κόστους μέσω της πρόληψης άσκοπων βιοψιών και/ή επανάληψης μαστογραφικών ελέγχων και d. αύξηση της διαγνωστικής και προγνωστικής δυνατότητας της υπάρχουσας τεχνολογίας. 15