Systemy wspomagania diagnozy, czyli mammografia przyszłości



Podobne dokumenty
Wspomaganie diagnostyki mammograficznej: poprawa percepcji zmian patologicznych

Wspomaganie decyzji diagnostycznych w mammografii

Metody wspomagania detekcji zmian patologicznych w mammografii

SYSTEM AUTOMATYCZNEJ DETEKCJI I KLASYFIKACJI MIKROZWAPNIEŃ W CYFROWEJ MAMMOGRAFII

POLITECHNIKA WARSZAWSKA ROZPRAWA DOKTORSKA

Metoda klasteryzacji i segmentacji mikrozwapnień w celu redukcji wskazań fałszywych przy komputerowym wspomaganiu mammografii

KOMPUTEROWA INŻYNIERIA OBRAZÓW

Ocena dokładności diagnozy

Komputerowa analiza obrazów z endoskopu bezprzewodowego dla diagnostyki medycznej

PLATFORMA DO PRZETWARZANIA ZDJĘĆ TOMOGRAFII KOMPUTEROWEJ MÓZGU ORAZ ZDJĘĆ MAMMOGRAFICZNYCH WSPOMAGAJĄCA DIAGNOZOWANIE CHORÓB

Implementacja filtru Canny ego

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 8 AiR III

BIBLIOTEKA PROGRAMU R - BIOPS. Narzędzia Informatyczne w Badaniach Naukowych Katarzyna Bernat

Przetwarzanie obrazu

Modelowanie zmian patologicznych sutka z wykorzystaniem analizy wielorozdzielczej

Metoda detekcji guzków w obrazach mammograficznych wykorzystująca transformację Rayleigha

Przetwarzanie obrazów wykład 2

Przekształcenia punktowe

Samochodowy system detekcji i rozpoznawania znaków drogowych. Sensory w budowie maszyn i pojazdów Maciej Śmigielski

WSPOMAGANIE OBRAZOWEJ DIAGNOSTYKI

Przetwarzanie obrazu

SYSTEM BIOMETRYCZNY IDENTYFIKUJĄCY OSOBY NA PODSTAWIE CECH OSOBNICZYCH TWARZY. Autorzy: M. Lewicka, K. Stańczyk

WYKŁAD 12. Analiza obrazu Wyznaczanie parametrów ruchu obiektów

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne

Analiza metod wykrywania przekazów steganograficznych. Magdalena Pejas Wydział EiTI PW

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 3 AiR III

Parametryzacja obrazu na potrzeby algorytmów decyzyjnych

Prof. Stanisław Jankowski

Forum ezdrowia Sopot 2018

Cyfrowe przetwarzanie obrazów. Dr inż. Michał Kruk

Diagnostyka obrazowa

Michał Strzelecki Metody przetwarzania i analizy obrazów biomedycznych (1)

AUTOMATYKA INFORMATYKA

Micha Strzelecki Metody przetwarzania i analizy obrazów biomedycznych (2)

SPOTKANIE 2: Wprowadzenie cz. I

Wizja maszynowa w robotyce i automatyzacji Kod przedmiotu

Pattern Classification

Multimedialne Systemy Medyczne

Michał Strzelecki Metody przetwarzania i analizy obrazów biomedycznych (3)

Analiza obrazów. Segmentacja i indeksacja obiektów

Zestaw pytań nr 5. 1) Ze względu na sposób licencjonowania prosimy o podanie szacowanej liczby wykonywanych badań przesyłanych PACS.

Sztuczna Inteligencja w medycynie projekt (instrukcja) Bożena Kostek

Algorytmy decyzyjne będące alternatywą dla sieci neuronowych

Współczesna mammografia

Proste metody przetwarzania obrazu

Informatyka w medycynie Punkt widzenia kardiologa

POPRAWIANIE JAKOŚCI OBRAZU W DZIEDZINIE PRZESTRZENNEJ (spatial image enhancement)

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Spośród licznych filtrów nieliniowych najlepszymi właściwościami odznacza się filtr medianowy prosty i skuteczny.

Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania

KARTA PRZEDMIOTU. W5/1;W16/1 W5 Zna podstawowe metody przetwarzania wstępnego EP WM K_W9/3; obrazów barwnych.

Raport. Bartosz Paprzycki UMK 2009/2010

ANALIZA SEMANTYCZNA OBRAZU I DŹWIĘKU

Automatyczne tworzenie trójwymiarowego planu pomieszczenia z zastosowaniem metod stereowizyjnych

Cyfrowe Przetwarzanie Obrazów. Karol Czapnik

Ćwiczenia z grafiki komputerowej 5 FILTRY. Miłosz Michalski. Institute of Physics Nicolaus Copernicus University. Październik 2015

SEGMENTACJA OBRAZU Wprowadzenie

Protokół z kontroli jakości badań mammograficznych wykonywanych w ramach Populacyjnego programu wczesnego wykrywania raka piersi

WYKŁAD 3. Przykłady zmian w obrazie po zastosowaniu Uniwersalnego Operatora Punktowego

Biała księga Oprogramowanie CARESTREAM Tube & Line Visualization, oprogramowanie CARESTREAM Pneumothorax Visualization

Rekonstrukcja obrazu (Image restoration)

POPULACYJNY PROGRAM WCZESNEGO WYKRYWANIA RAKA PIERSI OCENA KLINICZNA MAMMOGRAMÓW PODSUMOWANIE AUDYTU

Elektrofizjologiczne podstawy lokalizacji ogniska padaczkowego. Piotr Walerjan

Inteligentne wydobywanie informacji z internetowych serwisów społecznościowych

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA Realizowany w roku akademickim 2016/2017

PORADNIK DLA PACJENTÓW Biopsja

Algorytm do rozpoznawania człowieka na podstawie dynamiki użycia klawiatury. Paweł Kobojek, prof. dr hab. inż. Khalid Saeed

Załącznik nr 1 WYMAGANIA DOTYCZĄCE OPISU I PRZEGLĄDU OBRAZÓW REJESTROWANYCH W POSTACI CYFROWEJ I. Wymagania ogólne

Operator rozciągania. Obliczyć obraz q i jego histogram dla p 1 =4, p 2 =8; Operator redukcji poziomów szarości

rozpoznawania odcisków palców

Przedmowa 11 Ważniejsze oznaczenia 14 Spis skrótów i akronimów 15 Wstęp 21 W.1. Obraz naturalny i cyfrowe przetwarzanie obrazów 21 W.2.

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma cje ogólne. Wydział Lekarsko-Dentystyczny (WL-D) rok 2, semestr III

Wybrane zagadnienia w pracy z danymi rastrowymi w ArcGIS Marcin Paź Esri Polska

Analiza danych z nowej aparatury detekcyjnej "Pi of the Sky"

NOWY DESIGN i nowoczesne technologie

Gimp Grafika rastrowa (konwersatorium)

Wartość netto (zł) (kolumna 3x5)

Komputerowa diagnoza medyczna tworzenie i interpretowanie. prof. dr hab. inż. Andrzej Walczak

Ocena jakości obrazów medycznych

FOTOGRAMETRIA I TELEDETEKCJA

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 10 AiR III

Automatyczne rozpoznawanie mowy - wybrane zagadnienia / Ryszard Makowski. Wrocław, Spis treści

AUTOMATYCZNE ROZPOZNAWANIE PUNKTÓW KONTROLNYCH GŁOWY SŁUŻĄCYCH DO 3D MODELOWANIA JEJ ANATOMII I DYNAMIKI

Screening raka piersi

Systemy uczące się wykład 2

Przetwarzanie obrazu

Diagnostyka obrazowa

Politechnika Świętokrzyska. Laboratorium. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Ćwiczenie 8. Filtracja uśredniająca i statystyczna.

Diagnostyka obrazowa

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 7 AiR III

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Filtracja obrazu operacje kontekstowe

Antyaliasing w 1 milisekundę. Krzysztof Kluczek

Elektrofizjologiczne podstawy lokalizacji ogniska padaczkowego. Piotr Walerjan PWSIM MEDISOFT

(pieczęć wydziału) KARTA PRZEDMIOTU. 2. Kod przedmiotu: PWBOB

Operacje morfologiczne w przetwarzaniu obrazu

Laboratorium. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Ćwiczenie 9. Przetwarzanie sygnałów wizyjnych. Politechnika Świętokrzyska.

dr inż. Jacek Naruniec

Wpływ oprogramowania mammograficznej stacji diagnostycznej na komfort pracy technika. Przemysław Narodowiec

Transkrypt:

Systemy wspomagania diagnozy, czyli mammografia przyszłości Anna Wróblewska

Plan prezentacji Mammografia Problemy interpretacji badań Komputerowe wspomaganie diagnozy cel Cele detekcji typy patologii Współczesne komercyjne systemy detekcji Metody detekcji mikrozwapnień - przegląd Nasza aplikacja funkcjonalność Własna metoda detekcji Otrzymane wyniki Podsumowanie

RMLO LMLO Mammografia Prześwietlenie piersi miękkim promieniowaniem rentgenowskim Obecnie najbardziej czuła metoda (we wczesnej detekcji raka) Możliwość wykrycia zmian bezobjawowych mammografia skriningowa Dokładniejsza ocena charakteru zmian RCC LCC

Ograniczenia interpretacji badań Nie ma jednoznacznego standardu dla określenia prawidłowego sutka Złożona struktura tkanki piersi Duże różnice w wyglądzie normalnej tkanki Często delikatna charakterystyka patologii

Ograniczenia interpretacji Subiektywizm diagnozy Zmęczenie (duża ilość danych) Brak doświadczenia Warunki zewnętrzne: złe oświetlenie itp. Błędy: Przeoczenie widocznej zmiany Niewłaściwa ocena wykrytej patologii Poziom przekłamań w diagnozie ~30-40% decyzji FP ~10% decyzji FN

Rozwiązanie - komputerowe wspomaganie diagnozy (CAD) Włączenie technologii komputerowej w proces interpretacji m.in. metody modelowania i rozpoznawania wzorców, poprawy percepcji Komputerowo wspomagana diagnoza to wspieranie decyzji diagnostycznej radiologa metodami przetwarzania, analizy i rozpoznawania danych Ostateczną decyzję podejmuje lekarz, a wskazania CAD mają jedynie charakter sugestii

CAD - cel Zmniejszenie liczby błędów detekcji Redukcja niewłaściwych interpretacji Obiektywizacja diagnozy Poprawa jakości obrazu Lepsza prezentacja zawartej informacji diagnostycznej Detekcja zmian potencjalnie patologicznych Klasyfikacja oszacowanie złośliwości

CAD schemat funkcjonalny Cyfrowy obraz medyczny -Przetworzony obraz -Symbol: strzałka, gwiazdka -Wartość numeryczna: prawdopodobieństwo złośliwości Komputer Wynik wspomagania Radiolog Decyzja diagnostyczna Obraz medyczny

Cel detekcji mikrozwapnienia Drobne jasne plamki (średnica od 0.1 do 3 mm) ŁAGODNE większe, jednolite (kształt, tekstura) ZŁOŚLIWE drobne, niejednorodne, w skupiskach

Cel detekcji guzy ŁAGODNE jednolite (tekstura), regularny kształt (koliste lub owalne), dobrze odgraniczone, gładkie zarysy ZŁOŚLIWE duża gęstość, zarysy nieostre, spikule, zaburzenie architektury

CAD - algorytm Cyfrowy obraz mammograficzny Segmentacja granicy piersi Deskryptory matematyczne Wstępne przetwarzanie Ekstrakcja patologii Ekstrakcja cech Klasyfikacja Usunięcie lub redukcja szumu i artefaktów Usunięcie informacji diagnostycznie nieistotnej Uwypuklenie cech istotnych dla diagnozy Wzmocnienie lokalnego kontrastu Selekcja ROI Region growing Segmentacja zmiany patologicznej Guzy: kształt, spiculation, asymetria, gęstość Zwapnienia: rozmiar, kontrast, cechy klastrów Analiza dyskryminacyjna Sieci neuronowe Hybrydowe klasyfikatory Wynik wspomagania Lokalizacja zmiany Prawdopodobieństwo złośliwości

Podobne w czułości, liczba fałszywych wskazań różni się Różnią się sposobem prezentacji, integracją z systemami cyfrowej mammografii, integracją z PACS Istniejące systemy CAD ImageChecker firmy R2 Technology (zatwierdzony przez FDA w 1998) SecondLook firmy icad (FDA 2002) MammoReader firmy CADx (FDA 2002) Mammex MammoCAD firmy Scanis, Eastman Kodak, Ficher Imaging icad, Hologic, GE, VuCOMP,... połączone w 2003

R2 ImageChecker Czułość detekcji mikrozwapnienia 98.3 % Czułość guzy 85.7 % Czułość całkowita 90.4 % FP / normalny przypadek (złożony z 4 obrazów) 2.0 (0.5 FP/obraz) (Burhenne LJ, et al. Radiology 2000; 215: 554-562; Castellino, et al. Radiology 2000; 217: 400) Zwiększa czułość radiologa o 23.4%.

icad SecondLook Czułość całościowa= 92% - 96% FP/normalny przypadek = 1.6 2.8 (Dane z października 2003) Zwiększa czułość radiologa o 21.2% (Brem RF, et al. Improvement in sensitivity of screening mammography with computer-aided detection: A multiinstitutional trial. AJR Am J Roentgenol, 181, 687-693, Sept. (c) Anna 2003) Wróblewska

Czułość komercyjnych systemów w detekcji złośliwych zaburzeń architektury CZUŁOŚĆ Przypadek (n=27) Obraz (n=51) R2 ImageChecker 48 % 19 % 31 % 10 % FP / obraz 0.7 1.27 (Baker et al., AJR 2003; 181, 1083-1088) icad SecondLook

Systemy CAD w praktyce klinicznej W USA działa ok. 1.200 stacji wspomagania detekcji 2003 USA - ok. 8.000.000 mammogramów skriningowych było diagnozowanych przy pomocy komputerowego systemu detekcji Obecnie 25-30% badań skriningowych jest wykonywana z CAD Pierwsze systemy CAD MRI (3TP ImagingScienses, CADimas, Confirma) oraz CAD USG (Cedara B-CAD) w tym roku

CAD wyzwania Więcej studiów klinicznych (różne populacje pacjentek i radiologów) Detekcja guzów zwiększenie czułości z zachowaniem stosunku FP/obraz Detekcja zaburzeń architektury Komputerowa detekcja klastrów mikrozwapnień jako podstawowy wskaźnik diagnostyczny Komputerowa detekcja przypadków normalnych (bez potrzeby weryfikacji przez radiologa) prescreener Detekcja w obrazach innych modalności, np. sonografia, MRI (analiza łączona)

Metody detekcji mikrozwapnień rozwiązanie własne (MammoViewer) Cyfrowy obraz mammograficzny Wstępne przetwarzanie Wstępne przetwarzanie digitalizacja obrazu Enhancement Segmentacja Detekcja Ekstrakcja cech Detekcja klastrów Selekcja cech Klasyfikacja Klasyfikacja

Metody uwydatnienia mikrozwapnień (MammoViewer) Eliminacja tła poprzez odejmowanie obrazu wygładzonego od oryginalnego Modelowanie zdrowej tkanki poprzez techniki fraktalne Falkowe metody usuwania szumu Usuwanie niskoczęstotliwościowych informacji Progowanie podpasm zawierającech wysokoczęstotliwościowe współczynniki falkowe (HH,HL,LH); następnie rekonstrukcja obrazu Morfologia white top-hat, który uwypukla szczegóły obrazu Wzmacnianie oparte na sąsiedztwie - zasięg i kształt regionu dostosowuje się do lokalnej zmienności funkcji jasności

Segmentacja mikrozwapnień (MammoViewer) Lokalizacja Macierz SRD ( Surrounding region-dependance ) dla danego obszaru Filtry LoG Obliczanie wymiaru fraktalnego dla podobrazów (określającego chropowatość obszaru) Segmentacja Lokalne progowanie (parametry: rozmiar okna, próg) Region growing grupowanie pikseli o właściwościach podobnych do startowego seed (parametry: rozmiar okna, moduł różnicy jasności pomiędzy przetwarzanym pikselem a startowym)

Ekstrakcja cech (MammoViewer) Cechy pojedynczych mikrozwapnień Powierzchnia, zwartość, momenty kształtu, wyrazistość krawędzi, średni poziom jasności, lokalny kontrast, momenty geometryczne Statystyczne cechy tekstury Macierz powinowactwa (zdarzeń); Gray-level run-length ; Surrounding region dependence ; Gray-level difference Wielorozdzielcze cechy tekstury Cechy falkowe, filtry Gabora Cechy klastrów mikrozwapnień Grupowanie w klastry na podstawie rozłożenia przestrzennego, morfologii; Powierzchnia, liczba mikrozwapnień, średni poziom jasności

Przeglądarka mammogramów Obrazy w skali szarości Standardowe formaty z 1-, 4-, 8- bitową głębią koloru (png, jpeg, bmp, tif, pgm) Operacje z pełną dokładnością na 2- bajtowych obrazach Podgląd Okno zakres widzianych bitów

Przeglądarka mammogramów (MammoViewer) Filtracja przestrzenna Operatory morfologiczne Transformata falkowa Modelowanie histogramu rozkładu jasności Dodawanie własnego komentarza Linijka wymiarowanie struktur MS Visual Studio.NET 2003; C++ http://www.ire.pw.edu.pl/ ~awroble/

Przykład: detekcja kandydatów i klasteryzacja Malejący próg

Rekonstrukcja kształtu (MammoViewer) Operacja morfologiczna white top-hat Próg zależny od średniej i odchylenia standardowego estymowanych bezpośrednio z sąsiedztwa kandydata centrum mikrozwapnienia Progowanie obrazu Grupowanie pikseli po segmentacji w pojedyncze obiekty Usunięcie obiektów nie wykrytych przez wielorozdzielczy detektor plamek oraz ze zdegradowanym kształtem

Testy (ad hoc) Baza DDSM zbiór 72 zdiagnozowanych obrazów o rozdzielczości 43.5 mikronów/piksel z 12-bitową głębią koloru Współpraca 2 radiologów w zakresie doboru parametrów rekonstrukcji kształtu

Wyniki wydajność detekcji Fałszywe wskazanie Czułość: blisko 80% Średnia liczba fałszywych wskazań na obraz to 3.5 Patologie dobrze wskazane

Wyniki detekcji SE = TP / (TP+FN), PVP = TP / (TP+FP), gdzie TP ( true positives ) patologia dobrze rozpoznana, FN ( false negatives ) patologia nierozpoznana, FP ( false positives ) fałszywe wskazanie. Subtelność - trudność rozpoznawania 1 2 3 4 5 Test automatyczny Czułość[%] 31 60 75 83 100 PVP[%] 8 7 14 14 33 Test subiektywny Czułość[%] 56 85 80 84 100 PVP[%] 12 18 17 22 36

Dyskusja - problemy Minimalizacja FP (przy zachowaniu wysokiej czułości) Łączenie klastrów Łagodne zmiany nie zostały zaznaczone w bazie Klasteryzacja na podstawie wzajemnego położenia oraz cech mikrozwapnień Znalezienie standardowej procedury oceny FP

Zadania Modelowanie zmian patologicznych (analiza wielorozdzielcza, bazy skończonych wzorców 2W) Integracja w MammoViewer: normalizacja reprezentacji mammogramów (indeksacja, kompresja) + poprawa percepcji + + automatyczna diagnoza Implementacja w systemach klinicznych (Szpital Wolski, Onkologia), eksperymenty Współpraca MammoViewer z cyfrowym mammografem (Onkologia) oraz systemem telediagnostycznym i bazami referencyjnymi

Konkluzje CAD zmienia sposób diagnozowania w mamografii Połączenie CAD z mammografią cyfrową i PACS w sieci szpitali bez murów, bez granic (mammogrid) tworzy nową jakość w mammografii A few years after its market debut, CAD is still flexing its muscles and finding new ways to demonstrate its value. Breast CAD technology can not only improve detection and clinical care, but now, with the integration of digital mammography and PACS and the ability to perform MRI CAD, its value becomes even more clear. Today, CAD is a comprehensive and value-oriented solution for breast imaging facilities seeking to lead the pack. Breast CAD Comes of Age, Lisa Fratt, RSNA grudzień 2004

Dyskusja Zauważalna poprawa widoczności guzków (szczególnie spikuli) i mikrozwapnień: Radiolog potwierdził skuteczność wybranych metod wstępnego przetwarzania Problemy lokalizacji potencjalnych mikrozwapnień: minimalizacja FP dobór progu w fazie lokalizacji zależny od gęstości i kompozycji tkanki oraz własności innych wykrytych obiektów w sąsiedztwie analizowanego kandydata. Wysoka skuteczność: zaproponowana metoda z DBSCAN osiągnęła lepsze wyniki niż metoda ze standardową klasteryzacją (30% mniej FP i bardziej dokładne kształty klastrów)

Plany Testy metody detekcji z zastosowaniem przetwarzania wstępnego Opracowanie metody detekcji guzów Klasyfikacja całych skupisk mikrozwapnień Współpraca MammoViewer z systemem telediagnostycznym i bazami referencyjnymi