Ανάλυση υφής μαστογραφικής εικόνας για διάγνωση καρκίνου του μαστού

Abstract

The first objective of the presented thesis is the exploitation of texture properties of the tissue surrounding microcalcifications. MCs on x-ray mammograms for its differentiation into malignant or benign type. This approach is differentiated from previously reported texture-based. CADx schemes by analyzing the net texture pattern of the underlying breast tissue removing any bias introduced by the presence of MCs. This is achieved by employing a coarse MC segmentation step relaxing requirements for accurate segmentation in morphology-based. CADx schemes and subsequently excluding the segmented MCs from the tissue area being analyzed by means of texture analysis approaches. The discriminating ability of the MCs surrounding tissue texture analysis approach is compared to that of a current state of the-art texture analysis and a morphology-based approach employing supervised classification schemes. Classification performance is evaluated by means of Receiver Operating Characteristic ROC analysis on a dataset of 108 MC clusters originating from the DDSM database. Results suggested that the exploitation of texture properties of tissue surrounding MCs on screening x-ray mammograms accounts for a competitive new methodological approach towards CADx for breast cancer. The second objective of the current thesis is the exploitation of lesion enhancement kinetics heterogeneity for the differentiation of breast lesions in Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging (DCE MRI). This approach is differentiated from previously reported studies by investigating the texture of the lesion not as depicted on a single post contrast frame but by considering serial post contrast data. This is achieved by generating parametric maps the reflect lesion enhancement kinetics properties and then subjecting the parametric maps to texture analysis. The discriminating ability of the enhancement kinetics texture analysis approach is compared to that of current state of-the art approach of single time frame texture analysis employing supervised classification schemes. Classification performance is evaluated by means of ROC analysis on a dataset of 81 lesions. Results suggested that texture features extracted from parametric maps that reflect lesion washout properties can discriminate malignant from benign lesions more efficiently as compared to texture features extracted from the 1st post-contrast frame lesion area or from a parametric map reflecting lesion initial uptake.

Το πρώτο διαγνωστικό πρόβλημα στο οποίο εστίασε η παρούσα Διατριβή άφορα στο χαρακτηρισμό μικροαποτατινώσεων στη μαστογραφία ακτίνιων-Χ. Ακολουθείται προσέγγιση βάσει της οποίας μελετάται η ετερογένεια του ιστού ο οποίος περιβάλλει τις μικροαποτιτανώσεις. Ο «περιβάλλων ιστός» προκύπτει από τμηματοποίηση (αδρού καθορισμού) των μικροαποτιτανώσεων και εξαίρεσής τους από την περιοχή ενδιαφέροντος. Η ετερογένεια του περιβάλλοντος ιστού μελετήθηκε βάσει μεθόδων εξαγωγής χαρακτηριστικών υφής εικόνας σε δείγμα 108 συστάδων μικροαποτιτανώσεων. Η διαχωριστική ικανότητα των εξαχθέντων χαρακτηριστικών υφής διερευνήθηκε με χρήση επιβλεπόμενων σχημάτων ταξινόμησης. Η ακρίβεια ταξινόμησης αξιολογήθηκε βάσει του εμβαδού της καμπύλης απόκρισης παρατηρητών. Η προσέγγιση ανάλυσης υφής «του περιβάλλοντος ιστού» συγκρίθηκε με την τρέχουσα μέθοδο ανάλυσης υφής εικόνας περιοχής ενδιαφέροντος που εμπεριέχει τη συστάδα μικροαποτιτανώσεων αλλά και με προσέγγιση βάσει ανάλυσης μορφολογίας μικροαποτιτανώσεων. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης συνιστούν ότι η προσέγγιση ανάλυσης υφής «του περιβάλλοντος ιστού» αποτελεί νέα ανταγωνιστική μεθοδολογία στη διάγνωση καρκίνου του μαστού υποβοηθούμενη από υπολογιστή. Το δεύτερο διαγνωστικό πρόβλημα στο οποίο εστίασε η παρούσα Διατριβή αφορά στο χαρακτηρισμό αλλοιώσεων στη μαστογραφία μαγνητικής τομογραφίας με χρήση σκιαγραφικού (DCE MRI). Διερευνάται η ικανότητα ποσοτικοποίησης της ετερογένειας των αλλοιώσεων ως προς τη δυναμική τους συμπεριφορά για τη διάγνωση αλλοιώσεων στη DCE-MRI. Δημιουργήθηκαν τρεις παραμετρικοί χάρτες βάσει υπολογισμού τριών δυναμικών χαρακτηριστικών των αλλοιώσεων σε επίπεδο εικονοστοιχείου οι οποίοι αποτέλεσαν τη βάση για την εφαρμογή μεθόδου ανάλυσης υφής εικόνας. Μελετήθηκε η διαχωριστική ικανότητα εξαχθέντων χαρακτηριστικών υφής από κάθε παραμετρικό χάρτη με χρήση επιβλεπόμενων σχημάτων ταξινόμησης. Η ακρίβεια ταξινόμησης αξιολογήθηκε βάσει του εμβαδού της καμπύλης απόκρισης παρατηρητών. Η μέθοδος συγκρίθηκε με την τρέχουσα προσέγγιση ποσοτικοποίησης ετερογένειας της αλλοίωσης σε συγκεκριμένο χρονικό στιγμιότυπο σε δείγμα 81 αλλοιώσεων. Χαρακτηριστικά υφής που εξήχθησαν από χάρτες που εκφράζουν τη μεταβολή του σήματος κατά τη φάση της έκπλυσης του σκιαγραφικού παρουσίασαν υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης σε σχέση με χαρακτηριστικά που εξήχθησαν είτε από χάρτη που εκφράζει μεταβολή του σήματος κατά τη φάση της πρόσληψης του σκιαγραφικού ή από αλλοίωση όπως απεικονίζεται σε ένα χρονικό στιγμιότυπο.