Υποβοήθηση Διάγνωσης Καρκίνου του Μαστού με Μέθοδο Ανάκτησης Εικόνας Βάσει Περιεχομένου

Transcript

1 ΔΡΑΣΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ«ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ 2011» ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΕΝΩΣΗ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΤΑΜΕΙΟ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Υπουργείο Παιδείας και Θρησκευμάτων ΓΓΕΤ ΕΥΔΕ-ΕΤΑΚ Ε. Π. Ανταγωνιστικότητα και Επιχειρηματικότητα (ΕΠΑΝ ΙΙ), ΠΕΠ Μακεδονίας Θράκης, ΠΕΠ Κρήτης και Νήσων Αιγαίου, ΠΕΠ Θεσσαλίας Στερεάς Ελλάδας Ηπείρου, ΠΕΠ Αττικής Τίτλος: Υπηρεσίες Υποβοήθησης Διάγνωσης Καρκίνου του Μαστού με Μεθόδους Ανάκτησης Εικόνας Βάσει Περιεχομένου, Ακρωνύμιο: CBIR-4-CAD, Κωδικός: 11ΣΥΝ Υποβοήθηση Διάγνωσης Καρκίνου του Μαστού με Μέθοδο Ανάκτησης Εικόνας Βάσει Περιεχομένου Τσοχατζίδης Λ. 2, Καραχάλιου Α. 1, Σκιαδόπουλος Σ. 1, Ζαγόρης Κ. 2, Σακελλαρόπουλος Φ. 1, Αρικίδης Ν. 1, Καζαντζή Α. 1, Βάσιου Α. 1, Πρατικάκης Ι. 2, Κωσταρίδου Ε. 1 1 Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών, 26504, Ρίον, Πάτρα 2 Εργαστήριο Ανάλυσης Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, 67100, Ξάνθη 22 ο Διαπανεπιστημιακό Συνέδριο Ακτινολογίας Αθήνα, Νοεμβρίου 2015

2 Σκοπός H υποβοήθηση διάγνωσης στην απεικόνιση καρκίνου του μαστού, με χρήση μεθοδολογιών ανάκτησης εικόνας βάσει απεικονιστικού περιεχομένου (Content-Based Image Retrieval based Computer- Aided Diagnosis, CBIR-CAD). Σύστημα CBIR-CAD αρχιτεκτονικής δύο σταδίων 1 ο στάδιο: σύγκριση ομοιότητας του περιεχομένου εικόνας της υπο-διερεύνηση αλλοίωσης (query ROI) με το περιεχόμενο παραδειγμάτων/εικόνων της Βάσης Αναφοράς. 2 ο στάδιο: υπολογισμός δείκτη διαγνωστικής απόφασης βάσει ιστοπαθολογικού αποτελέσματος των ανακτηθέντων εικόνων.

3 Μεθοδολογίες 1. Ποσοτικοποίηση περιεχομένου εικόνας 2. Διαχείριση ομοιότητας περιεχομένου εικόνας 3. Λήψη διαγνωστικής απόφασης, η οποία περιλαμβάνει αιτιολόγηση της προτεινόμενης απόφασης (κλινική πράξη βάσει στοιχείων, evidence-based practice). Υλικό Δημιουργία Βάσης Αναφοράς βάσει επισήμανσης (καθορισμός ορίου) αλλοιώσεων μαστού από ψηφιακή βάση μαστογραφικών εικόνων DDSM.

4 Ποσοτικοποίηση περιεχομένου εικόνας Είσοδος: περιοχή ενδιαφέροντος μαστογραφικής εικόνας που περιέχει την υποδιερεύνηση αλλοίωση (query ROI). Τμηματοποίηση αλλοίωσης βάσει μεθόδου ελαχίστων διαδρομών. Εξαγωγή χαρακτηριστικών: μαθηματικοί περιγραφείς που κωδικοποιούν ένταση, σχήμα και όριο (παρυφή) στην περίπτωση μαζών, καθώς και μορφολογία και κατανομή στην περίπτωση συστάδων μικροαποτιτανώσεων query ROI Lesion segmented by shortest paths Lesion boundary defined by DDSM

5 Κατάταξη όμοιων δειγμάτων (1 ο στάδιο)... ΔΕΙΚΤΟΔΟΤΗΣΗ pv(xi) Δείγματα (xi) Δείγματα εικόνων Εξαγωγή Χαρακτηριστικών Εξαγωγή βαθμού συμμετοχής σε κάθε κλάση σύμφωνα με SVM Βάση Δεδομένων pv(yq) Query (yq) Ε Ρ Ω Τ Η Μ Α Εικόνα Εξαγωγή Χαρακτηριστικών Εξαγωγή βαθμού συμμετοχής σε κάθε κλάση σύμφωνα με SVM Έλεγχος Ομοιότητας Λίστα κατάταξης εικόνων Σύγκριση ομοιότητας βάσει υπολογισμού δείκτη συμμετοχής σε μορφολογικά πρότυπα αλλοιώσεων μέσω συνόλου μηχανών διανυσμάτων υποστήριξης (SVM).

6 Δείκτης λήψης διαγνωστικής απόφασης (2 ο στάδιο) Query (q) Δείγματα Βάσης Αναφοράς S(q,r i TP ) malignant malignant Υπολογισμός δείκτη διαγνωστικής απόφασης (D) βάσει ιστοπαθολογικού αποτελέσματος των Κ ανακτηθέντων εικόνων της λίστας κατάταξης. benign benign S(q,r j FP ) malignant malignant benign oπου: M+N=K, Κ το πλήθος των ανακτηθέντων ROIs TP=Ν (malignant), FP=M (benign), S=δείκτης ομοιότητας μεταξύ του υπό διερεύνηση περιστατικού (Query, q) και των Δειγμάτων της Βάσης Αναφοράς (ri)

7 Στιγμιότυπο εξόδου λογισμικού σύγκρισης ομοιότητας και ανάκτησης όμοιων περιστατικών Παράδειγμα εξόδου λογισμικού σύγκρισης ομοιότητας και ανάκτησης όμοιων περιστατικών κατά την υποβολή διαγνωστικού ερωτήματος μάζας ορίου spiculated (Query Name="A_1060_1.LEFT_CC_ROI_MASS_1.tif"). Ανακτηθέντα περιστατικά ίδιου ορίου απεικονίζονται με πράσινο περίγραμμα.

8 Στιγμιότυπο εξόδου λογισμικού λήψης διαγνωστικής απόφασης Παράδειγμα εξόδου λογισμικού λήψης διαγνωστικής απόφασης κατά την υποβολή διαγνωστικού ερωτήματος μάζας ορίου spiculated (Query Name="A_1118_1.RIGHT_MLO_ROI_MASS_1.tif").

9 Εμβαδόν καμπύλης ROC (Az) Αξιολόγηση Απόδοσης Απόδοση συστήματος ως προς την ανάκτηση μαζών όμοιου ορίου μέσω δεικτών precision-attop-r και mean-average-precision (MAP). Διαγνωστική ακρίβεια συστήματος μέσω εμβαδού καμπύλης ROC (Az), σε δείγμα 400 μαζών (204 κακοήθειες, 196 καλοήθειες). Classes MAP Circumscribed (#100) Microlobulated (#100) Spiculated (#100) Ill-defined (#50)/Obscured (#50) Average ,810 0,790 D1 0,770 0, k (πλήθος ανακτηθέντων ROIs) Κατανομή δείγματος 400 μαζών ως προς πυκνότητα παρεγχύματος, όριο, σχήμα και κατηγορία BIRADS αλλοίωσης

10 Συμπεράσματα Αναπτύχθηκε σύστημα CBIR-CAD αρχιτεκτονικής δύο σταδίων. Η επίτευξη απεικονιστικής ομοιότητας στο 1 ο στάδιο αποτελεί προαπαιτούμενο της λήψης διαγνωστικής απόφασης (2 ο στάδιο) και υλοποιείται μέσω δείκτη συμμετοχής σε μορφολογικά πρότυπα αλλοιώσεων μέσω συνόλου μηχανών διανυσμάτων υποστήριξης. Η συγκεκριμένη προσέγγιση μοντελοποίησης απεικονιστικής ομοιότητας αλλοιώσεων του μαστού δύναται να συμβάλλει στην ανάπτυξη συστημάτων υποβοήθησης διάγνωσης στην απεικόνιση καρκίνου του μαστού. Τρέχουσες δραστηριότητες εστιάζουν στην αξιολόγηση της συμβολής του αναπτυχθέντος συστήματος στην αύξηση της διαγνωστικής ακρίβειας του ακτινολόγου και του επιπέδου εμπιστοσύνης του.