Detectie van Architectural Distortion in Prior mammogrammen<em> Via</em> Analyse van Oriented Patterns

Summary

We tonen methoden voor de detectie van architecturale vervorming in voorgaande mammogrammen. Georiënteerde structuren worden geanalyseerd met behulp van Gabor filters en faseportretten naar sites van uitstralende weefsel patronen te detecteren. Elke site wordt gekenmerkt en geclassificeerd met behulp van maatregelen om spiculating patronen vertegenwoordigen. De methoden moeten bij het opsporen van borstkanker.

Abstract

We tonen werkwijzen voor de detectie van architecturale verstoring in voorgaande mammogrammen interval-kankergevallen gebaseerd op een analyse van de oriëntatie van borstweefsel patronen in mammogrammen. Onze hypothese is dat architectonische vervorming wijzigt de normale richting van het borstweefsel patronen in mammografische beelden voordat de vorming van massa's of tumoren. In de eerste stappen van onze werkwijzen worden de georiënteerde structuren in een bepaalde mammogram geanalyseerd met Gabor filters en faseportretten naar knooppunt-achtige plaatsen van uitstralend of weefsel snijdende patronen detecteren. Elke gedetecteerde locatie wordt vervolgens gekarakteriseerd met behulp van het knooppunt waarde fractale dimensie en meting van hoekige spreiding specifiek ontworpen spiculating patronen geassocieerd met architecturale vervorming vertegenwoordigen.

Onze methoden werden getest met een database van 106 voorafgaande mammogrammen van 56 interval-gevallen van kanker en 52 mammogrammen van 13 normale gevallen gebruik van de functies ontwikkeld voor dekarakterisering van architecturale vervorming, patroonherkenning via kwadratische discriminantanalyse, en validatie met de leave-one-patiënt out procedure. Volgens de resultaten van vrije respons receiver operating characteristic analyse hebben onze werkwijze de mogelijkheid om architecturale verstoring detecteren voorafgaande mammogrammen aangetoond voor klinische diagnose van borstkanker 15 maanden (op het gemiddelde) genomen, met een gevoeligheid van 80% bij ongeveer vijf valse positieven per patiënt.

Introduction

Borstkanker is een belangrijke ziekte die vrouwen en is de tweede belangrijkste oorzaak van kanker-gerelateerde sterfte onder vrouwen ^1,2. Om de overlevingskans en de prognose van de getroffen patiënten met effectieve behandeling in een vroeg stadium van borstkanker te verbeteren, de ziekte moet zo snel mogelijk worden gedetecteerd. In een retrospectieve analyse van de gevallen van borstkanker, zijn subtiele tekenen van afwijkingen waargenomen op eerder verworven onderzoeksmammogrammen ^3,4. Architectural vervorming zo'n gelokaliseerde mammografische teken van mogelijk vroege stadia van borstkanker die moeilijk te detecteren ^5,6. De bijbehorende patronen zijn vaag omschreven als een verstoring van de normale architectuur van de borst met geen definitieve massa zichtbaar. Architecturale verstoring kan optreden in de beginfase van de vorming van een borst massa of tumor. Onze hypothese is dat onderzoeksmammogrammen verkregen voorafgaand aan de opsporing van borstkanker could bevatten subtiele symptomen van de vroege stadia van borstkanker, in het bijzonder architecturale vervorming.

Figuur 1a toont een bekende mammografische beeld van een geval van door screening opgespoorde kanker. De regio van stoornissen geïdentificeerd door een radioloog (JELD) wordt geschetst met een rode rechthoek. De voorafgaande mammogram werd genomen 24 maanden voor de detectie mammogram in figuur 1b. De voorafgaande mammogram was vrij verklaard zijn van tekenen van kanker te zijn op het oorspronkelijke exemplaar van de screening. In retrospectieve analyse en vergeleken met de detectie mammogram, een verdacht gebied tot de plaats van kanker ontdekt werd gelabeld door de radioloog, en in rood van de voorafgaande mammogram. De verdachte gebied bevat tekenen van architecturale vervorming, met inbegrip van spicules.

Computerondersteunde diagnose (CAD) technieken en systemen bieden mogelijkheden voor het bereiken van verhoogde gevoeligheid bij de detectie van Breast kanker ^2,7-9. In vergelijking met het aantal publicaties die bestaan ​​in de literatuur op de detectie van andere tekenen van borstkanker, zoals massa en verkalkingen, slechts een klein aantal studies gerapporteerd op de detectie van architecturale verstoring in afwezigheid van een centrale massa ^{van 10-17.} Commercieel verkrijgbare CAD systemen bleken slecht presteren bij de detectie van architecturale vervorming ^18. Studies over de detectie van architecturale vervorming in voorgaande mammogrammen van screen-detected of interval-kankergevallen ^3,4,19-22 kunnen helpen bij het ​​ontwikkelen van strategieën voor de opsporing en behandeling van borst-ziekten in een vroeg stadium, en leiden tot verbetering van de prognose voor de patiënt ^23.

Voorbereiding van Beelden voor de Experiment

Experimenten werden uitgevoerd met 158 ​​mammografische beelden waarvan 106 vóór mammogrammen van 56 mensen gediagnosticeerdmet borstkanker en 52 beelden van 13 normale individuen. Ethiek goedkeuring voor de studie werd verkregen van de Vereend Health Research Ethics Board, Office of Medical Bio-ethiek, Universiteit van Calgary en de Calgary Regional Health Authority. De beelden zijn afkomstig van Screen Test: Alberta programma voor de vroegtijdige opsporing van borstkanker ^21,24,25.

Mammogrammen verworven in de laatste geplande bezoek aan het bevolkingsonderzoek voorafgaand aan de diagnose van kanker buiten het bevolkingsonderzoek werden bestempeld als voorafgaand mammogrammen van interval-kankergevallen. De bijbehorende diagnostische mammogrammen niet beschikbaar waren. Alle, maar twee van de 106 voorafgaande mammogrammen was vrij verklaard zijn van enig teken van borstkanker te zijn op het tijdstip van verwerving en analyse aan het bevolkingsonderzoek, de individuen die overeenkomt met de andere twee mammogrammen verwezen voor biopsie. Het tijdsinterval tussen de diagnose van kanker en voorafgaande mammogrammen varieerde van 1,5 maands tot 24,5 maanden, met een gemiddelde van 15 maanden en de standaardafwijking van 7 maanden. Alle voorgaande mammogrammen interval-kankergevallen in de database zijn opgenomen in deze studie, behalve zes beelden waarin geen verdacht onderdelen kan worden geïdentificeerd.

Het scherm-film mammogrammen werden gedigitaliseerd op de ruimtelijke resolutie van 50 micrometer en grijs-schaal resolutie van 12 bits per pixel met de Lumiscan 85 laserscanner (Lumisys, Sunnyvale, CA). Een deskundige radioloog gespecialiseerd in mammografie (JELD) beoordeeld alle 106 voorgaande mammogrammen van interval-gevallen van kanker en markeerde de verdachte gebieden van architecturale vervorming met rechthoekige dozen op basis van de beschikbare rapporten op latere beeldvorming of biopsie, of met een grondige controle van de mammogrammen . Van de 106 voorafgaande mammografische beelden in de dataset die in de onderhavige studie, 38 beelden hebben zichtbare architecturale vervorming, en de resterende 68 beelden bevatten twijfelachtige of geen duidelijk evident architecturale vervorming. Elke voorgaande mammogram bevat een enkele site van architecturale vervorming zoals aangegeven door de rechthoekige doos getrokken door de radioloog. De gemiddelde breedte, lengte en oppervlakte van de 106 verdachte delen van beelden gekenmerkt door de radioloog zijn 56 mm, 39 mm en 2274 mm ^2, met standaarddeviatie van 11,8 mm, 11,6 mm en 1073,9 mm ² resp.

Protocol

1. Overzicht van Methodologie In onze procedure, zijn mogelijke plaatsen van architecturale vervorming in mammogrammen automatisch gedetecteerd via analyse van georiënteerde textuur patronen met de toepassing van een bank van Gabor filters 26 en modellering van fase portretten 11,27. De gedetecteerde sites worden vervolgens verwerkt door de stappen van de winning van functies of maatregelen om architecturale vervorming, de ontwikkeling van een getrainde classifi…

Representative Results

De drie functies, namelijk nodewaarde, FD en H F, mits AUC-waarden van 0,61, 0,59 en 0,64, respectievelijk, wanneer elke functie is als monotherapie. Gecombineerd gebruik van de drie functies die verbeterde prestaties met AUC = 0.70. De Froc kromme verkregen met de combinatie van de drie kenmerken wordt getoond in figuur 11, die een gevoeligheid van 80% op 5.6 KP / patiënt en 89% bij 7,5 KP / patiënt aangeeft. Gebruik van alleen het knooppunt waarde die een gevoeligheid van 80% bij…

Discussion

We hebben presenteerde een reeks van geavanceerde technieken van digitale beeldverwerking en patroonherkenning, ook wel bekend als machine learning en CAD, voor de detectie van architecturale vervorming in voorgaande mammogrammen van interval-kankergevallen. De methoden zijn gebaseerd op een analyse van de georiënteerde textuur patronen aanwezig in de mammografische afbeeldingen toe. Onze werkwijze, waaronder diverse meer functies in onze aanverwante werkzaamheden voorgesteld, kunnen ontdekken vroege tekenen van borstk…