Αυτόματο σύστημα Πρώιμης Διάγνωσης κατά την διάρκεια Υστεροσκοπικής Εξέτασης για Γυναικολογικό Καρκίνο. Δρ Μάριος Νεοφύτου

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Αυτόματο σύστημα Πρώιμης Διάγνωσης κατά την διάρκεια Υστεροσκοπικής Εξέτασης για Γυναικολογικό Καρκίνο. Δρ Μάριος Νεοφύτου"

Ἀγλαΐη Παπάζογλου
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Αυτόματο σύστημα Πρώιμης Διάγνωσης κατά την διάρκεια Υστεροσκοπικής Εξέτασης για Γυναικολογικό Καρκίνο Δρ Μάριος Νεοφύτου

2 Περιεχόμενα Σκοπός της έρευνας Γυναικολογικός Καρκίνος Ενδοσκόπηση / Υστεροσκόπηση Αρχιτεκτονική Συστήματος Προτεινόμενο πρωτόκολλο βαθμονόμησης και διόρθωσης της ενδοσκοπικής εξέτασης Μεθοδολογία Αποτελέσματα / Συμπεράσματα Μελλοντική έρευνα 2

3 Εισαγωγή Η Λαπαροσκοπική/υστεροσκοπική επέμβαση χρησιμοποιείται ευρέως στη διαγνωστική αλλά και στη θεραπευτική τεχνική για αντιμετώπιση του γυναικολογικού καρκίνου. Προσφέρει μια γρήγορη, ανώδυνη επέμβαση που μπορεί να σώσει ζωές. Με την εξέλιξη της τεχνολογίας και την εισαγωγή των Ηλεκτρονικών Υπολογιστών στο χώρο της Υγείας επέτρεψε πολλές εφαρμογές να γίνουν πραγματικότητα. Επεξεργασία ενδοσκοπικής εικόνας για ανεύρεση καρκίνου είναι ένα από τα πολλά οράματά μας. 3

4 Σκοπός της έρευνας Διαχωρισμός φυσιολογικών και παθολογικών περιοχών ενδοσκοπικών εικόνων ενδομητρίου με τη βοήθεια μοντέλων κατηγοριοποίησης. Η βασική ιδέα της μελέτης αυτής είναι να βοηθήσει τον κλινικό γιατρό να αναγνωρίζει και να διαχωρίζει φυσιολογικές και παθολογικές περιοχές ενδιαφέροντος και έτσι να αυξήσει τη διαγνωστική του ακρίβεια σε δύσκολες περιπτώσεις γυναικολογικού καρκίνου. Ευρωπαϊκή Κοινότητα Γυναικολογικής Ενδοσκόπησης (ESGE) 4

5 Γυναικολογικός καρκίνος Ο γυναικολογικός καρκίνος αποτελεί ένα από τους πλέον συνηθισμένους τύπους καρκίνου του ανθρώπου και δεν υπάρχει αμφιβολία ότι είναι μία από τις κύριες αιτίες νοσηρότητας και θνησιμότητας από καρκίνο στο γυναικείο πληθυσμό. Το 2010 (στις Ην. Πολιτείες) αναμένεται να διαγνωσθούν 43,470 νέες περιπτώσεις καρκίνου του ενδομήτριου [1]. Και από αυτό το σύνολο περιπτώσεων αναμένονται 7,950 θάνατοι. [1] American Cancer Society 5

6 Γυναικολογικός καρκίνος Ο καρκίνος του ενδομητρίου είναι από τις περιπτώσεις καρκίνου που μπορεί να διαγνωσθεί σε πρώιμο στάδιο και να προληφθεί σχεδόν πλήρως µε τακτική εξέταση υλικού από το ενδομήτριο. Ο καρκίνος αυτός αρχίζει από την επιφάνειά του ενδομητρίου και αυτό έχει ως αποτέλεσμα, ο καρκίνος αλλά και ο αριθμός θανάτων λόγω της κακοήθειας αυτής να μειωθεί στο ελάχιστο. Αυτό κάνει την έρευνά μας πολύ σημαντική στην πρόληψη και ανίχνευση του καρκίνου του ενδομητρίου. 6

7 Ανατομία Γυναικολογικού Αναπαραγωγικού συστήματος Ενδομήτριο, Ωοθήκη, Τράχηλος Μήτρας 7

8 Υπέρηχοι/MRI/Υστεροσκόπηση (1/2) 8

9 Υπέρηχοι/Υστεροσκόπηση (2/2) Ο ίδιος πολύποδας από υπέρηχους και υστεροσκόπηση 9

10 Ενδοσκόπηση Ο Pantaleoni (1869) θεωρείται ο πρώτος που εφάρμοσε την επισκόπηση της ενδομητριακής κοιλότητας (υστεροσκόπηση) σε γυναίκες, χρησιμοποιώντας ένα ουρηθροσκόπιο με φως κεριού και καθρέφτη. Έκτοτε η υστεροσκόπηση προχώρησε με τη βελτίωση των ενδοσκοπίων, προσθήκη φακών και φωτιστικών πηγών, ώστε μετά το 1900 να κυκλοφορήσει και σύγγραμμα στο Παρίσι. 10

11 Γυναικολογικός Καρκίνος Καρκίνος Ενδομητρίου Καρκίνος Ωοθήκης Καρκίνος Τραχήλου της Μήτρας 11

12 Λαπαροσκοπική εξέταση (1/2) 12

13 Παράδειγμα Λαπαροσκοπικής Επέμβασης (2/2) 13

14 Παραδείγματα υστεροσκοπικών εικόνων 14

15 Παράδειγμα Υστεροσκοπικής Επέμβασης Watch the above video at: 15

16 Προέλευση δείγματος εικόνων Αυτές οι περιοχές ενδιαφέροντος αποτελούν το δείγμα μας και έχουν εξαχθεί από ένα σύνολο 40 γυναικών. Η ηλικία των γυναικών αυτών είναι από 22 μέχρι 50 χρόνων. Για την έρευνα μας έχουν συλλεγεί 416 εικόνες από πραγματικό ενδομήτριο, 208 εικόνες ενδιαφέροντος που παρουσιάζουν φυσιολογικές περιοχές και 208 εικόνες ενδιαφέροντος που παρουσιάζουν ύποπτες περιοχές καρκίνου. 16

17 Αρχιτεκτονική Συστήματος 17

18 Είσοδος και Έξοδος Συστήματος Είσοδος: Αναλογικό Σήμα PAL 475 horizontal lines Έξοδος: Ψηφιακό Σήμα 720Χ576 pixels Χ 24 bits Ψηφιακή Είσοδος: ΙΕΕΕ

19 Είσοδος και Έξοδος Συστήματος Έχουν Χρησιμοποιηθεί: Λαπαροσκοπικές Κάμερες CIRCON IP4.1, KARL STORZ AIDA, SNOWEN-PENCER. Τηλεσκόπια KARL STORZ, CIRCON. Φωτεινές Πηγές CIRCON, KARL STORZ, SNOWEN-PENCER. Frame Grabbers Dazzle Matrox II Sony Camera (A/D) 19

20 Είσοδος και Έξοδος Συστήματος Χρησιμοποιηθήκαν: Κοιλότητα νωπού κοτόπουλου Μήτρα μοσχαριού Πραγματικές Εικόνες 20

21 Παλέτα Χρωμάτων 21

22 Αλγόριθμος Γάμμα Rp a11 a12 a13 Rin k1 G = a a a G + k p in 2 B p a31 a32 a 33 B in k 3 R G B out out out Αρχική Εικόνα γ R Rp = γ G Gp = γ B Τελική Εικόνα Bp =

23 Μετασχηματισμός Χρώματος Ο μετασχηματισμός των έγχρωμων εικόνων σε εικόνες του γκρι τόνου έγινε βάσει του πιο κάτω τύπου : Y = 0.299R G B ( ) όπου Υ είναι η ένταση της εικόνας Επίσης όλες οι έγχρωμες εικόνες έχουν μετασχηματισθεί σε άλλα δυο συστήματα απεικόνισης, του HSV συστήματος και του YCrCb συστήματος 23

24 RGB 2 HSV 24

25 RGB 2 YCrCb 25

26 Βάση Δεδομένων Λαπαροσκοπικής Εξέτασης 26

27 Πάγωμα Λαπαροσκοπικής Εικόνας και Τμηματοποίηση της Περιοχής ενδιαφέροντος 27

28 Πειράματα κάτω από διαφορετικές συνθήκες λήψης Χρησιμοποιηθήκαν: Κοιλότητα νωπού κοτόπουλου Μήτρα μοσχαριού 28

29 Πειράματα Με Διαφορετικές Συνθήκες Λήψης 29

30 Πειράματα Με ζωικό Ιστό (1/2) Δυο διαφορετικές αποστάσεις Λήψης 30

31 Πειράματα Με ζωικό Ιστό (2/2) Δυο διαφορετικές γωνιές Λήψης 31

32 Εφαρμογή του γάμμα Αλγόριθμου Αρχικές Εικόνες Γάμμα αλγόριθμος 32

33 Εφαρμογή Γάμμα σε πραγματικές Εικόνες Αρχικές Εικόνες Φυσιολογική Εφαρμογή Γάμμα Παθολογική 33

34 Περιοχές με υποψία Καρκίνου καθώς και φυσιολογικές περιοχές Ενδομητρίου με τα Ιστογράμματά τους Abnormal 64X64 Normal 64X64 Normal Tissue Abnormal Tissue 34

35 Multiscale Analysis (1/2) Resample Rate 1x1 μέχρι 10x10 Low Pass Filter 35

36 Multiscale Analysis (2/2) 1x1, 2x2, 3x3, 4x4, 5x5, 6x6, 7x7, 8x8, 9x9, 10x10 36

37 Χαρακτηριστικά Υφής Statistical Features (SF) 1) Mean, 2) Variance, 3) Median, 4) Mode, 5) Skewness, 6) Kurtosis, 7) Energy και 8) Entropy. Spatial Gray Level Dependence Matrices (SGLDM) 1) ASM, 2) Contrast, 3) Correlation, 4) Variance, 5) Homogeneity, 6) Sum Average, 7) Sun Variance, 8) Entropy, 9) Sum Entropy, 10) Dif. Variance, 11) Dif. Entropy, 12) Inf. Correlation1, και 13) Inf. Correlation2. Gray level difference statistics (GLDS) 1) Homogeneity, 2) Contrast, 2) Energy, 4) Entropy και 5) Mean. 37

38 Χαρακτηριστικά Υφής Xρωματικά κανάλια R, G, B, H, S, V, Y, Cr, Cb και το σύστημα απεικόνισης Gray Scale περιέχει αυτά τα 26 χαρακτηριστικά υφής Συστήματα απεικόνισης RGB, HSV, YCrCb περιέχει 78 (3x26) χαρακτηριστικά υφής αφού το κάθε σύστημα συνδυάζει τρία χρωματικά κανάλια. Στατιστική ανάλυση: To μη-παραμετρικό τεστ Wilcoxon Rank Sum χρησιμοποιείται για να συγκριθεί εάν υπάρχει σημαντική διαφορά μεταξύ των φυσιολογικών και παθολογικών περιοχών στην επιφάνεια του ιστού του ενδομήτριου (α=5%). 38

39 Ταξινόμηση Περιοχών Ταξινομητές: Support Vector Machines (SVM) Παρουσιάζει αξιόλογα αποτελέσματα στη βιβλιογραφία Probabilistic Neural Nets (PNN) Στατιστικός ταξινομητής Δεδομένα: Οι διαστάσεις των χαρακτηριστικών μπορούν να μειωθούν με τη χρήση Principal Component Analysis (PCA) Έλεγχος: Έλεγχος ταξινομητών Leave one out method 39

40 Μετρικές αξιολόγησης αποτελεσμάτων Το ενδιαφέρον του ιατρού εστιάζεται στην πιθανότητα παρουσίας (D+) ή απουσίας (D-) της ασθένειας όταν η διάγνωση του συστήματος είναι θετική (T+) ή αρνητική (T-). Confusion Matrix Διάγνωση ιατρού Διάγνωση συστήματος D- (Normal) D+ (Abnormal) T- (Normal) ΤΝ FN T+ (Abnormal) FP TP Ο πίνακας απόφασης επεξηγεί τη σχέση μεταξύ των τεσσάρων πιθανών αποτελεσμάτων: True Positive (TP), False Positive (FP), True Negative (TN), και False Negative (FN). 40

41 Μετρικές αξιολόγησης αποτελεσμάτων Τrue Positive (TP) - όταν η θετική διάγνωση του συστήματος συμπίπτει με την θετική διάγνωση του ιατρού. False Positive (FP) - όταν το σύστημα δίνει θετική διάγνωση αλλά η διάγνωση του ιατρού είναι αρνητική. False Negative (FN) - όταν το σύστημα δίνει αρνητική διάγνωση αλλά η διάγνωση του ιατρού είναι θετική. True Negative (TN) - όταν η αρνητική διάγνωση του συστήματος συμφωνεί με την αρνητική διάγνωση του ιατρού. 41

42 Μετρικές αξιολόγησης αποτελεσμάτων Accuracy (CC) Precision (PR) Sensitivity (SE) Specificity (SP) Negative Predictive Value (NVP) Likelihood ratio (LR) Percentage of false positives (FP) Percentage of false negatives (FN) 42

43 Αξιολόγηση και Αξιοποίηση του συστήματος Karl Storz Συνεργασία με την Ευρωπαϊκή Κοινότητα Γυναικολογικής Ενδoσκόπισης (ESGE) Συνεργασία με την Ευρωπαϊκή Ακαδημία Γυναικολογικού Καρκίνου (EAGC) 43

44 Αποτελέσματα 44

45 Αποτελέσματα Γάμμα Αλγόριθμου 45

46 Σφάλμα Μέσου Όρου (MSE) 46

47 Διαφορετικά Λαπαροσκόπια 47

48 Φυσιολογικές Vs. Παθολογικές Περιοχές Ενδιαφέροντος (ROIs) 48

49 Γραφικές παραστάσεις χαρακτηριστικών υφής εικόνων ενδομητρίου 49

50 Γραφικές παραστάσεις χαρακτηριστικών υφής εικόνων ενδομητρίου 50

51 Γραφικές παραστάσεις χαρακτηριστικών υφής εικόνων ενδομητρίου 51

52 Παθολογικές vs. Φυσιολογικές ROIs Normal Abnormal Gray level High Slighthly darker Variance Low Very High Contrast Low High Homogeneity Normal range Slightly lower Entropy Normal range Slightly higher 52

53 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αλγορίθμων SVM (PNN) στο κάθε χρωματικό σύστημα RGB, HSV, YCrCb 53

54 54

55 Συμπέρασμα (1/3) Το μεγαλύτερο ποσοστό επιτυχίας αναγνώρισης παθολογικών και φυσιολογικών περιοχών ενδιαφέροντος φτάνει μέχρι και το 90% σε φυσιολογικές και 82% σε παθολογικές εικόνες από ένα δείγμα (208 παθολογικών και 208 φυσιολογικών ROIs) με 78% (CC%). Αυτό μας επιτρέπει να εφαρμόσουμε τους αλγορίθμους αυτούς στην αναγνώριση των δυο περιοχών σε δύσκολες περιπτώσεις γυναικολογικού καρκίνου. 55

56 Συμπεράσματα (2/3) Αναγνώριση Γυναικολογικού Καρκίνου Εφαρμογή γάμμα αλγόριθμου Διαφορετικές συνθήκες δεν επηρεάσουν την ανάλυσή μας Εφαρμογή του συστήματος σε δύσκολες επεμβάσεις γυναικολογικού καρκίνου Δημιουργία δικτύου ανάλυσης εικόνων 56

57 Συμπέρασμα (3/3) Στα αποτελέσματα μας παρατηρήθηκε μεγάλο ποσοστό επιτυχίας διαχωρισμού των φυσιολογικών και παθολογικών περιοχών ενδομητρίου Αισιοδοξούμε να εφαρμοστεί το προτεινόμενο πρωτόκολλο με σκοπό την βελτίωση στην διαγνωστική ακρίβεια των ιατρών με ή χωρίς πείρα. 57

59 59

60 60

61 Ενδοσκόπηση: Παρόν 61

62 Virtual Laparoscopy 62

63 3D Virtual Colonoscopy 63

64 3D Virtual Colonoscopy 64

65 Γαστροσκόπηση 65

66 Capsule Hysteroscopy Micro-Chip Intrauterine biochemistry Radio Capsule Video Capsule 66

67 Capsule Endoscopy 67

68 Capsule Hysteroscopy? 68

Σχετικά έγγραφα

Ολοκληρωμένο σύστημα υποστήριξης γυναικολόγου κατά την υστεροσκοπική εξέταση

Ολοκληρωμένο σύστημα υποστήριξης γυναικολόγου κατά την υστεροσκοπική εξέταση Ιωάννης Κωνσταντίνου, Μάριος Νεοφύτου, Βασίλης Τάνος, Κωνσταντίνος Παττίχης Περιεχόμενα Εισαγωγή Καρκίνος του ενδομητρίου Υστεροσκοπική