Detecção de núcleos de células em sequências de imagens de microscopia confocal

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 200

Full-resolution Lung Nodule Segmentation from Chest X-ray Images using Residual Encoder-Decoder Networks

Lung cancer is the leading cause of cancer death and early diagnosis is associated with a positive prognosis. Chest X-ray (CXR) provides an inexpensive imaging mode for lung cancer diagnosis. Suspicious nodules are difficult to distinguish from vascular and bone structures using CXR. Computer vision has previously been proposed to assist human radiologists in this task, however, leading studies use down-sampled images and computationally expensive methods with unproven generalization. Instead, this study localizes lung nodules using efficient encoder-decoder neural networks that process full resolution images to avoid any signal loss resulting from down-sampling. Encoder-decoder networks are trained and tested using the JSRT lung nodule dataset. The networks are used to localize lung nodules from an independent external CXR dataset. Sensitivity and false positive rates are measured using an automated framework to eliminate any observer subjectivity. These experiments allow for the determination of the optimal network depth, image resolution and pre-processing pipeline for generalized lung nodule localization. We find that nodule localization is influenced by subtlety, with more subtle nodules being detected in earlier training epochs. Therefore, we propose a novel self-ensemble model from three consecutive epochs centered on the validation optimum. This ensemble achieved a sensitivity of 85% in 10-fold internal testing with false positives of 8 per image. A sensitivity of 81% is achieved at a false positive rate of 6 following morphological false positive reduction. This result is comparable to more computationally complex systems based on linear and spatial filtering, but with a sub-second inference time that is faster than other methods. The proposed algorithm achieved excellent generalization results against an external dataset with sensitivity of 77% at a false positive rate of 7.6

Eye gazed regions prediction in lung radiography

Projecte fi de carrera elaborat en col·laboració amb Medical Imaging Research Center de Illinois Institute of Technology[ANGLÈS] This project is a first approach to an assisted diagnosis applied to chest x-ray images. Given a x-ray image, we pretend to develop an artificial observer that determines which areas of the image are relevant for a doctor during the diagnosis. We are using a dataset with several examples of chest x-ray images and a list of pixels gazed by expert human observers, doctors. This data is obtained by eye tracking techniques applied while the doctors were asked to diagnose the images. This research has developed a complete statistical learning algorithm that uses the given dataset and uses it for predicting regions of interest in the image.[CASTELLÀ] Este proyecto es una primera aproximación a la diagnosis asistida de radiografías de pecho. Dada una radiografía, se pretende desarrollar un observador artificial que determine en que zonas de la imagen se fija un médico al diagnosticarlas. Para ello se dispone de una base de datos con diversos ejemplos de radiografías y una lista de píxeles que han sido observados por observadores humanos expertos, médicos. Estos datos han sido captados mediante técnicas de trazado de mirada cuando a los médicos se les pedía que diagnosticasen las imágenes. Este trabajo de investigación pretende desarrollar un completo algoritmo de aprendizaje estadístico que utilice estos datos y los procese para poder predecir zonas de interés en radiografías de pecho.[CATALÀ] Aquest projecte és una primera aproximació a la diagnosi assistida de radiografies de pit. Donada una radiografia, es pretén desenvolupar un observador artificial que determini a quines zones de la imatge es fixa un metge al diagnosticar-les. Per a fer-ho, es disposa de una base de dades amb diversos exemples de radiografies i una llista dels píxels que han estat observats pels observadors humans experts, metges. Aquestes dades han estat captades mitjançant tècniques de traçat de mirada quan als metges se’ls demanava que diagnostiquessin les imatges. Aquest treball d’investigació pretén desenvolupar un complet algoritme d’aprenentatge estadístic que utilitzi aquestes dades i les processi per a poder predir zones d’interès a les radiografies

Identificação de regiões nodulares em imagens digitais de radiografia pulmonar

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Telecomunicações). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 200

Classificação de nódulos pulmonares baseada em redes neurais convolucionais profundas em radiografias

Orientador: Hélio PedriniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: O câncer de pulmão, que se caracteriza pela presença de nódulos, é o tipo mais comum de câncer em todo o mundo, além de ser um dos mais agressivos e fatais, com 20% da mortalidade total por câncer. A triagem do câncer de pulmão pode ser realizada por radiologistas que analisam imagens de raios-X de tórax (CXR). No entanto, a detecção de nódulos pulmonares é uma tarefa difícil devido a sua grande variabilidade, limitações humanas de memória, distração e fadiga, entre outros fatores. Essas dificuldades motivam o desenvolvimento de sistemas de diagnóstico por computador (CAD) para apoiar radiologistas na detecção de nódulos pulmonares. A classificação do nódulo do pulmão é um dos principais tópicos relacionados aos sistemas de CAD. Embora as redes neurais convolucionais (CNN) tenham demonstrado um bom desempenho em muitas tarefas, há poucas explorações de seu uso para classificar nódulos pulmonares em imagens CXR. Neste trabalho, propusemos e analisamos um arcabouço para a detecção de nódulos pulmonares em imagens de CXR que inclui segmentação da área pulmonar, localização de nódulos e classificação de nódulos candidatos. Apresentamos um método para classificação de nódulos candidatos com CNNs treinadas a partir do zero. A eficácia do nosso método baseia-se na seleção de parâmetros de aumento de dados, no projeto de uma arquitetura CNN especializada, no uso da regularização de dropout na rede, inclusive em camadas convolucionais, e no tratamento da falta de amostras de nódulos em comparação com amostras de fundo, balanceando mini-lotes em cada iteração da descida do gradiente estocástico. Todas as decisões de seleção do modelo foram tomadas usando-se um subconjunto de imagens CXR da base Lung Image Database Consortium and Image Database Resource Initiative (LIDC/IDRI) separadamente. Então, utilizamos todas as imagens com nódulos no conjunto de dados da Japanese Society of Radiological Technology (JSRT) para avaliação. Nossos experimentos mostraram que as CNNs foram capazes de alcançar resultados competitivos quando comparados com métodos da literatura. Nossa proposta obteve uma curva de operação (AUC) de 7.51 considerando 10 falsos positivos por imagem (FPPI) e uma sensibilidade de 71.4% e 81.0% com 2 e 5 FPPI, respectivamenteAbstract: Lung cancer, which is characterized by the presence of nodules, is the most common type of cancer around the world, as well as one of the most aggressive and deadliest cancer, with 20% of total cancer mortality. Lung cancer screening can be performed by radiologists analyzing chest X-ray (CXR) images. However, the detection of lung nodules is a difficult task due to their wide variability, human limitations of memory, distraction and fatigue, among other factors. These difficulties motivate the development of computer-aided diagnosis (CAD) systems for supporting radiologists in detecting lung nodules. Lung nodule classification is one of the main topics related to CAD systems. Although convolutional neural networks (CNN) have been demonstrated to perform well on many tasks, there are few explorations of their use for classifying lung nodules in CXR images. In this work, we proposed and analyzed a pipeline for detecting lung nodules in CXR images that includes lung area segmentation, potential nodule localization, and nodule candidate classification. We presented a method for classifying nodule candidates with a CNN trained from the scratch. The effectiveness of our method relies on the selection of data augmentation parameters, the design of a specialized CNN architecture, the use of dropout regularization on the network, inclusive in convolutional layers, and addressing the lack of nodule samples compared to background samples balancing mini-batches on each stochastic gradient descent iteration. All model selection decisions were taken using a CXR subset of the Lung Image Database Consortium and Image Database Resource Initiative (LIDC/IDRI) dataset separately. Thus, we used all images with nodules in the Japanese Society of Radiological Technology (JSRT) dataset for evaluation. Our experiments showed that CNNs were capable of achieving competitive results when compared to state-of-the-art methods. Our proposal obtained an area under the free-response receiver operating characteristic (AUC) curve of 7.51 considering 10 false positives per image (FPPI), and a sensitivity of 71.4% and 81.0% with 2 and 5 FPPI, respectivelyMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da ComputaçãoCAPE