Påvisning av Architectural Distortion i Prior Mammografi<em> Via</em> Analyse av Oriented Patterns

Summary

Vi demonstrere metoder for påvisning av arkitektonisk forvrengning i tidligere mammografi. Orienterte strukturer er analysert ved hjelp av Gabor filter og fase portretter å oppdage områder av utstrålende vev mønstre. Hvert område er karakterisert og klassifisert ved hjelp av tiltak for å representere spiculating mønstre. Metodene som skal hjelpe til påvisning av brystkreft.

Abstract

Vi demonstrere metoder for påvisning av arkitektonisk forvrengning i tidligere mammografi av intervall-krefttilfeller basert på analyse av orienteringen av brystvev mønstre i mammografi. Vi hypotese at arkitektonisk forvrengning modifiserer normal orientering av brystvev mønstre i mammografibilder før dannelsen av massene eller svulster. I de første trinnene av våre metoder, er de orienterte strukturer i en gitt mammogram analysert ved hjelp av Gabor filter og fase portretter å oppdage node-lignende områder av stråler eller kryssende vev mønstre. Hver detektert område er da karakterisert ved å bruke node verdi, fraktal dimensjon, og er et mål på vinkel dispersjon spesielt utformet for å representere spiculating mønstre forbundet med arkitektonisk forvrengning.

Våre metoder ble testet med en database med 106 tidligere mammografi av 56 intervall-kreft tilfeller og 52 mammografi av 13 normale tilfeller ved hjelp av funksjoner utviklet forkarakterisering av arkitektonisk forvrengning, mønster klassifisering via kvadratisk diskriminerende analyse, og validering med permisjon-ett-pasient ut prosedyre. Ifølge resultatene av fri-responsmottaker som opererer karakteristisk analyse, har våre fremgangsmåter demonstrert evnen til å detektere arkitektonisk forvrengning i tidligere mammografi, tatt 15 måneder (i gjennomsnitt) før klinisk diagnose av brystkreft, med en følsomhet på 80% ved omtrent fem falske positiver per pasient.

Introduction

Brystkreft er en stor sykdom rammer kvinner og er den nest største årsaken til kreft dødsfall blant kvinner ^1,2. For å bedre sjanse til å overleve og prognosen av de berørte pasienter gjennom effektiv behandling på tidlige stadier av brystkreft, må sykdommen som skal detekteres så tidlig som mulig. I retrospektiv analyse av tilfeller av brystkreft, har subtile tegn på misdannelser er observert på tidligere ervervede screening mammografi ^3,4. Arkitektonisk forvrengning er et slikt lokalisert mammografisk tegn på muligens tidlige stadier av brystkreft som er vanskelig å oppdage ^5,6. De tilknyttede mønstre er vagt beskrevet som forvrengning av den normale arkitekturen i brystet med ingen bestemt masse synlig. Arkitektonisk forvrengning kunne vises på den innledende fasen av dannelsen av et bryst masse eller svulst. Vi hypotese at screening mammografi innhentet før påvisning av brystkreft cOuld inneholde subtile tegn på tidlige stadier av brystkreft, i særdeleshet, arkitektonisk forvrengning.

Figur 1a viser en tidligere mammografi bilde av en kasse skjerm-detektert kreft. Regionen abnormitet identifisert av en radiolog (JELD) er skissert med en rød firkant. Den forutgående mammogram tatt 24 måneder før påvisning mammogram vist i figur 1b. Den tidligere mammogram hadde blitt erklært å være fri for tegn på kreft på den opprinnelige forekomsten av screening. I retrospektiv analyse og sammenlignet med påvisning mammografi, en mistenkelig region relatert til området av kreft oppdaget var merket med radiologen, og er skissert i rødt på før mammografi. Den mistenkelige regionen inneholder tegn på arkitektonisk forvrengning, inkludert spicules.

Dataassistert diagnose (CAD) teknikker og systemer tilbyr muligheten for å oppnå økt følsomhet i deteksjon av breast kreft ^2,7-9. Imidlertid, i sammenligning med det antall publikasjoner som foreligger i litteraturen for påvisning av andre tegn på brystkreft, slik som masser og forkalkninger, er blitt rapportert bare et lite antall studier på påvisning av arkitektoniske forvrengning i fravær av en sentrale masse ^10-17. Kommersielt tilgjengelige DAK-systemer har blitt funnet å gjøre det dårlig i deteksjon av arkitektoniske forvrengning ^18. Studier på påvisning av arkitektoniske forvrengning i tidligere mammografi av skjerm oppdaget eller intervall-krefttilfeller ^3,4,19-22 kunne bidra i å utvikle strategier for deteksjon og behandling av brystkreft sykdommer i sine tidlige stadier, og fører til bedring i prognose for pasienten ^23.

Utarbeidelse av bilete for Experiment

Forsøkene ble utført med 158 mammografibilder inkludert 106 tidligere mammografi av 56 personer diagnostisertmed brystkreft og 52 bilder av 13 normale individer. Etikk godkjenning for studien ble hentet fra Conjoint helsefaglig forskningsetikk Board, Office of Medical Bioethics, University of Calgary, og Calgary RHF. Bildene ble hentet fra Screen Test: Alberta Program for tidlig deteksjon av brystkreft ^21,24,25.

Mammografi ervervet i siste planlagte besøk til screeningprogrammet før diagnostisering av kreft utenfor screeningprogrammet ble merket som tidligere mammografi av intervall-krefttilfeller. De tilsvarende diagnostiske mammografi var ikke tilgjengelig. Alle unntatt to av de 106 tidligere mammografi hadde blitt erklært å være fri for tegn på brystkreft ved kjøpstidspunktet og analyse i screeningprogrammet, enkeltpersoner som tilsvarer de to andre mammografi hadde blitt henvist til biopsi. Tidsintervallet mellom diagnostisering av kreft og tidligere mammografi varierte fra 1,5 månedens til 24,5 måneder, med et gjennomsnitt på 15 måneder og standardavvik på 7 måneder. Alle de tidligere mammografi av intervall-krefttilfeller er tilgjengelige i databasen har blitt inkludert i denne studien, bortsett fra seks bilder hvor ingen mistenkelige deler kunne bli identifisert.

De skjerm-film mammografi ble digitalisert på romlig oppløsning på 50 mikrometer og grå-skala oppløsning på 12 bits per piksel bruker Lumiscan 85 laserskanner (Lumisys, Sunnyvale, CA). En ekspert radiolog spesialisert på mammografi (JELD) gjennomgått alle de 106 tidligere mammografi av intervall-krefttilfeller og merket de mistenkte regioner av arkitektonisk forvrengning med rektangulære bokser basert på de rapportene som er tilgjengelige ved etterfølgende bildebehandling eller biopsi, eller etter nærmere inspeksjon av mammografi . Av de 106 tidligere mammografibilder i datasettet brukt i denne studien, 38 bilder har synlige arkitektoniske forvrengning, og de resterende 68 bilder inneholder tvilsom eller ingen klart evident arkitektonisk forvrengning. Hver før mammogram inneholder et enkelt område av arkitektonisk forvrengning som er identifisert av den rektangulære boksen trukket av radiolog. Den gjennomsnittlig bredde, høyde og areal på de 106 mistenkelige delene av bildene merket med radiologen er 56 mm, 39 mm, og 2274 mm ^2, med standardavvik på 11,8 mm, 11,6 mm, og 1073,9 mm ^2, henholdsvis.

Protocol

En. Oversikt over metodikk I vår prosedyre, er potensielle områder av arkitektonisk forvrengning i mammografi oppdages automatisk via analyse av orienterte stofflighet mønstre med anvendelsen av en bank av Gabor filtrerer 26 og modellering av fase portretter 11,27. De detekterte områder blir deretter bearbeidet gjennom trinnene for ekstrahering av trekk eller tiltak for å karakterisere arkitektonisk forvrengning, utvikling av en trenet klassifikator, og anve…

Representative Results

De tre funksjoner, nemlig node verdi, FD, og H-F, forutsatt AUC-verdier av 0,61, 0,59 og 0,64, henholdsvis, når hver egenskap ble brukt alene. Kombinert bruk av de tre funksjonene gitt forbedret ytelse med AUC = 0,70. Den Froc kurve oppnådd med kombinasjonen av de tre funksjoner er vist i figur 11, som indikerer en sensitivitet på 80% ved 5,6 fps / pasient og 89% ved 7,5 fps / pasient. Bruk av kun node verdi ga en sensitivitet på 80% ved 8,1 fps / pasient og 89% ved 13,8 fps / pa…

Discussion

Vi har presentert en rekke sofistikerte teknikker for digital bildebehandling og mønstergjenkjenning, også kjent som maskinlæring og CAD, for påvisning av arkitektoniske forvrengning i tidligere mammografi av intervall-krefttilfeller. Metodene er basert på analyse av de orienterte teksturmønstre som er tilstede i mammografi bilder. Våre metoder, inkludert flere flere funksjoner foreslått i våre relaterte arbeider, er i stand til å oppdage tidlige tegn på brystkreft 15 måneder i forkant av tidspunktet for kli…