Automatic Segmentation of Dermoscopic Images by Iterative Classification

Accurate detection of the borders of skin lesions is a vital first step for computer aided diagnostic systems. This paper presents a novel automatic approach to segmentation of skin lesions that is particularly suitable for analysis of dermoscopic images. Assumptions about the image acquisition, in particular, the approximate location and color, are used to derive an automatic rule to select small seed regions, likely to correspond to samples of skin and the lesion of interest. The seed regions are used as initial training samples, and the lesion segmentation problem is treated as binary classification problem. An iterative hybrid classification strategy, based on a weighted combination of estimated posteriors of a linear and quadratic classifier, is used to update both the automatically selected training samples and the segmentation, increasing reliability and final accuracy, especially for those challenging images, where the contrast between the background skin and lesion is low

Automatic Detection of Blue-White Veil and Related Structures in Dermoscopy Images

Dermoscopy is a non-invasive skin imaging technique, which permits visualization of features of pigmented melanocytic neoplasms that are not discernable by examination with the naked eye. One of the most important features for the diagnosis of melanoma in dermoscopy images is the blue-white veil (irregular, structureless areas of confluent blue pigmentation with an overlying white "ground-glass" film). In this article, we present a machine learning approach to the detection of blue-white veil and related structures in dermoscopy images. The method involves contextual pixel classification using a decision tree classifier. The percentage of blue-white areas detected in a lesion combined with a simple shape descriptor yielded a sensitivity of 69.35% and a specificity of 89.97% on a set of 545 dermoscopy images. The sensitivity rises to 78.20% for detection of blue veil in those cases where it is a primary feature for melanoma recognition

A review of the quantification and classification of pigmented skin lesions: from dedicated to hand-held devices

In recent years, the incidence of skin cancer caseshas risen, worldwide, mainly due to the prolonged exposure toharmful ultraviolet radiation. Concurrently, the computerassistedmedical diagnosis of skin cancer has undergone majoradvances, through an improvement in the instrument and detectiontechnology, and the development of algorithms to processthe information. Moreover, because there has been anincreased need to store medical data, for monitoring, comparativeand assisted-learning purposes, algorithms for data processingand storage have also become more efficient in handlingthe increase of data. In addition, the potential use ofcommon mobile devices to register high-resolution imagesof skin lesions has also fueled the need to create real-timeprocessing algorithms that may provide a likelihood for thedevelopment of malignancy. This last possibility allows evennon-specialists to monitor and follow-up suspected skin cancercases. In this review, we present the major steps in the preprocessing,processing and post-processing of skin lesion images,with a particular emphasis on the quantification andclassification of pigmented skin lesions. We further reviewand outline the future challenges for the creation of minimum-feature,automated and real-time algorithms for the detectionof skin cancer from images acquired via common mobiledevices

Region-based active contour JSEG fusion technique for skin lesion segmentation from dermoscopic images

Malignant melanoma is one of the most aggressive forms of skin cancer which must be necessary to be diagnosed at the initial stage for effective treatment. Melanoma affects the patient life even it can become a reason of death if its diagnosis is not accomplished on time. Through a rough pigment network and some suspicious signs can be helpful for diagnosis the melanoma from dermoscopic images. According to the clinical studies, for dermatologists, it is quite difficult to identify these signs at the initial stage of melanoma. So, it is important to propose an automated system which can efficiently be identified and differentiate between benign and malignant melanoma. The main focus of this research article is to improve the skin lesion segmentation from low contrast and under/ over segmented dermoscopic images through fusing the region based active contour method with JSEG method. The proposed fused segmentation technique gain 95.3% accuracy and through our proposed feature vector the Gaussian classifier achieved the promising results as sensitivity 97.7%, specificity 96.7%, and accuracy 97.5% with handling the special dermoscopic image cases which are comparatively much better than numerous exiting techniques

Computational methods for the image segmentation of pigmented skin lesions: a review

Background and objectives: Because skin cancer affects millions of people worldwide, computational methods for the segmentation of pigmented skin lesions in images have been developed in order to assist dermatologists in their diagnosis. This paper aims to present a review of the current methods, and outline a comparative analysis with regards to several of the fundamental steps of image processing, such as image acquisition, pre-processing and segmentation. Methods: Techniques that have been proposed to achieve these tasks were identified and reviewed. As to the image segmentation task, the techniques were classified according to their principle. Results: The techniques employed in each step are explained, and their strengths and weaknesses are identified. In addition, several of the reviewed techniques are applied to macroscopic and dermoscopy images in order to exemplify their results. Conclusions: The image segmentation of skin lesions has been addressed successfully in many studies; however, there is a demand for new methodologies in order to improve the efficiency

Image analysis for diagnostic support in biomedicine: neuromuscular diseases and pigmented lesions

Tesis descargada desde TESEOEsta tesis presenta dos sistemas implementados mediante técnicas de procesamiento de imagen, para ayuda al diagnóstico de enfermedades neuromusculares a partir de imágenes de microscopía de fluorescencia y análisis de lesiones pigmentadas a partir de imágenes dermoscópicas. El diagnóstico de enfermedades neuromusculares se basa en la evaluación visual de las biopsias musculares por parte del patólogo especialista, lo que conlleva una carga subjetiva. El primer sistema propuesto en esta tesis analiza objetivamente las biopsias musculares y las clasifica en distrofias, atrofias neurógenas o control (sin enfermedad) a través de imágenes de microscopía de fluorescencia. Su implementación reúne los elementos propios de un sistema de ayuda al diagnóstico asistido por ordenador: segmentación, extracción de características, selección de características y clasificación. El procedimiento comienza con una segmentación precisa de las fibras musculares usando morfología matemática y una transformada Watershed. A continuación, se lleva a cabo un paso de extracción de características, en el cual reside la principal contribución del sistema, ya que no solo se extraen aquellas que los patólogos tienen en cuenta para diagnosticar sino características que se escapan de la visión humana. Estas nuevas características se extraen suponiendo que la estructura de la biopsia se comporta como un grafo, en el que los nodos se corresponden con las fibras musculares, y dos nodos están conectados si dos fibras son adyacentes. Para estudiar la efectividad que estos dos conjuntos presentan en la categorización de las biopsias, se realiza una selección de características y una clasi- ficación empleando una red neuronal Fuzzy ARTMAP. El procedimiento concluye con una estimación de la severidad de las biopsias con patrón distrófico. Esta caracterización se realiza mediante un análisis de componentes principales. Para la validación del sistema se ha empleado una base de datos compuesta por 91 imágenes de biopsias musculares, de las cuales 71 se consideran imágenes de entrenamiento y 20 imágenes de prueba. Se consigue una elevada tasa de aciertos de clasificacion y se llega a la importante conclusión de que las nuevas características estructurales que no pueden ser detectadas por inspección visual mejoran la identificación de biopsias afectadas por atrofia neurógena. La segunda parte de la tesis presenta un sistema de clasificación de lesiones pigmentadas. Primero se propone un algoritmo de segmentación de imágenes en color para ais lar la lesión de la piel circundante. Su desarrollo se centra en conseguir un algoritmo relacionado con las diferencias color percibidas por el ojo humano. Consiguiendo así, no solo un método de segmentación de lesiones pigmentadas sino un algoritmo de segmentación de propósito general. El método de segmentación propuesto se basa en un gradiente para imágenes en color integrado en una técnica de level set para detección de bordes. La elección del gradiente se derivada a partir de un análisis de tres gradientes de color implementados en el espacio de color uniforme CIE L∗a∗b∗ y basados en las ecuaciones de diferencia de color desarrolladas por la comisión internacional de iluminación (CIELAB, CIE94 y CIEDE2000). El principal objetivo de este análisis es estudiar cómo estas ecuaciones afectan en la estimación de los gradientes en términos de correlación con la percepción visual del color. Una técnica de level-set se aplica sobre estos gradientes consiguiendo así un detector de borde que permite evaluar el rendimiento de dichos gradientes. La validación se lleva a cabo sobre una base de datos compuesta por imágenes sintéticas diseñada para tal fin. Se realizaron tanto medidas cuantitativas como cualitativas. Finalmente, se concluye que el detector de bordes basado en la ecuación de diferencias de color CIE94 presenta la mayor correlación con la percepción visual del color. A partir de entonces, la tesis intenta emular el método de análisis de patrones, la técnica de diagnóstico de lesiones pigmentadas de la piel más empleada por los dermatólogos. Este método trata de identificar patrones específicos, pudiendo ser tanto globales como locales. En esta tesis se presenta una amplia revisión de los métodos algorítmicos, publicados en la literatura, que detectan automáticamente dichos patrones a partir de imágenes dermoscópicas de lesiones pigmentadas. Tras esta revisón se advierte que numerosos trabajos se centran en la detección de patrones locales, pero solo unos pocos abordan la detección de patrones globales. El siguiente paso de esta tesis, por tanto, es la propuesta de diferentes métodos de clasi- ficación de patrones globales. El objetivo es identificar tres patrones: reticular, globular y empedrado (considerado un solo patrón) y homogéneo. Los métodos propuestos se basan en un análisis de textura mediante técnicas de modelado. En primer lugar una imagen demoscópica se modela mediante campos aleatorios de Markov, los parámetros estimados de este modelo se consideran características. A su vez, se supone que la distribución de estas características a lo largo de la lesión sigue diferentes modelos: un modelo gaussiano, un modelo de mezcla de gaussianas o un modelo de bolsa de características. La clasificación se lleva a cabo mediante una recuperación de imágenes basada en diferentes métricas de distancia. Para validar los métodos se emplea un conjunto significativo de imágenes dermatológicas, concluyendo que el modelo basado en mezcla de gaussianas proporciona la mejor tasa de clasificación. Además, se incluye una evaluación adicional en la que se clasifican melanomas con patrón multicomponente obteniendo resultados prometedores. Finalmente, se presenta una discusión sobre los hallazgos y conclusiones más relevantes extraídas de esta tesis, así como las líneas futuras que se derivan de este trabajo.Premio Extraordinario de Doctorado U

Image processing in medicine advances for phenotype characterization, computer-assisted diagnosis and surgical planning

En esta Tesis presentamos nuestras contribuciones al estado del arte en procesamiento digital de imágenes médicas, articulando nuestra exposición en torno a los tres principales objetivos de la adquisición de imágenes en medicina: la prevención, el diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades. La prevención de la enfermedad se puede conseguir a veces mediante una caracterización cuidadosa de los fenotipos propios de la misma. Tal caracterización a menudo se alcanza a partir de imágenes. Presentamos nuestro trabajo en caracterización del enfisema pulmonar a partir de imágenes TAC (Tomografía Axial Computerizada) de tórax en alta resolución, a través del análisis de las texturas locales de la imagen. Nos proponemos llenar el vacío existente entre la práctica clínica actual, y las sofisticadas pero costosas técnicas de caracterización de regiones texturadas, disponibles en la literatura. Lo hacemos utilizando la distribución local de intensidades como un descriptor adecuado para determinar el grado de destrucción de tejido en pulmones enfisematosos. Se presentan interesantes resultados derivados del análisis de varios cientos de imágenes para niveles variables de severidad de la enfermedad, sugiriendo tanto la validez de nuestras hipótesis, como la pertinencia de este tipo de análisis para la comprensión de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica. El procesado de imágenes médicas también puede asistir en el diagnóstico y detección de enfermedades. Presentamos nuestras contribuciones a este campo, que consisten en técnicas de segmentación y cuantificación de imágenes dermatoscópicas de lesiones de la piel. La segmentación se obtiene mediante un novedoso algoritmo basado en contornos activos que explota al máximo el contenido cromático de las imágenes, gracias a la maximización de la discrepancia mediante comparaciones cross-bin. La cuantificación de texturas en lesiones melanocíticas se lleva a cabo utilizando un modelado de los patrones de pigmentación basado en campos aleatorios de Markov, en un esfuerzo por adoptar la tendencia emergente en dermatología: la detección de la malignidad mediante el análisis de la irregularidad de la textura. Los resultados para ambas técnicas son validados con un conjunto significativo de imágenes dermatológicas, sugiriendo líneas interesantes para la detección automática del melanoma maligno. Cuando la enfermedad ya está presente, el tratamiento digital de imágenes puede asistir en la planificación quirúrgica y la intervención guiada por imagen. La planificación terapeútica, ejemplicada por la planificación de cirugía plástica usando realidad virtual, se aborda en nuestro trabajo en segmentación de hueso/grasa/músculo en imágenes TAC. Usando un abordaje interactivo e incremental, nuestro sistema permite obtener segmentaciones precisas a partir de unos cuantos clics de ratón para una gran variedad de condiciones de adquisición y frente a anatomícas anormales. Presentamos nuestra metodología, y nuestra validación experimental profusa basada tanto en segmentaciones manuales como en valoraciones subjetivas de los usuarios, e indicamos referencias al lector que detallan los beneficios obtenidos con el uso de la plataforma de planifificación que utiliza nuestro algoritmo. Como conclusión presentamos una disertación final sobre la importancia de nuestros resultados y las líneas probables de trabajo futuro hacía el objetivo último de mejorar el cuidado de la salud mediante técnicas de tratamiento digital de imágenes médicas.In this Thesis we present our contributions to the state-of-the-art in medical image processing, articulating our exposition around the three main roles of medical imaging: disease prevention, diagnosis and treatment. Disease prevention can sometimes be achieved by proper characterization of disease phenotypes. Such characterization is often attained from the standpoint of imaging. We present our work in characterization of emphysema from highresolution computed-tomography images via quanti_cation of local texture. We propose to _ll the gap between current clinical practice and sophisticated texture approaches by the use of local intensity distributions as an adequate descriptor for the degree of tissue destruction in the emphysematous lung. Interesting results are presented from the analysis of several hundred datasets of lung CT for varying disease severity, suggesting both the correctness of our hypotheses and the pertinence of _ne emphysema quanti_cation for understanding of chronic obstructive pulmonary disease. Medical image processing can also assist in the diagnosis and detection of disease. We introduce our contributions to this_eld, consisting of segmentation and quanti_cation techniques in application to dermatoscopy images of skin lesions. Segmentation is achieved via a novel active contour algorithm that fully exploits the color content of the images, via cross-bin histogram dissimilarity maximization. Texture quanti_cation in the context of melanocytic lesions is performed using modelization of the pigmentation patterns via Markov random elds, in an e_ort to embrace the emerging trend in dermatology: malignancy assessment based on texture irregularity analysis. Experimental results for both, the segmentation and quanti_cation proposed techniques, will be validated on a signi_cant set of dermatoscopy images, suggesting interesting pathways towards automatic detection and diagnosis of malignant melanoma. Once disease has occurred, image processing can assist in therapeutical planning and image-guided intervention. Therapeutical planning, exempli_ed by virtual reality surgical planning, is tackled by our work in segmentation of bone/fat/muscle in CT images for plastic surgery planning. Using an interactive, incremental approach, our system is able to provide accurate segmentations based on a couple of mouse-clicks for a wide variety of imaging conditions and abnormal anatomies. We present our methodology, and provide profuse experimental validation based on manual segmentations and subjective assessment, and refer the reader to related work reporting on the clinical bene_ts obtained using the virtual reality platform hosting our algorithm. As a conclusion we present a _nal dissertation on the signi_cance of our results and the probable lines of future work towards fully bene_tting healthcare using medical image processing