A novel approach for automatic segmentation of prostate and its lesion regions on magnetic resonance imaging

ObjectiveTo develop an accurate and automatic segmentation model based on convolution neural network to segment the prostate and its lesion regions.MethodsOf all 180 subjects, 122 healthy individuals and 58 patients with prostate cancer were included. For each subject, all slices of the prostate were comprised in the DWIs. A novel DCNN is proposed to automatically segment the prostate and its lesion regions. This model is inspired by the U-Net model with the encoding-decoding path as the backbone, importing dense block, attention mechanism techniques, and group norm-Atrous Spatial Pyramidal Pooling. Data augmentation was used to avoid overfitting in training. In the experimental phase, the data set was randomly divided into a training (70%), testing set (30%). four-fold cross-validation methods were used to obtain results for each metric.ResultsThe proposed model achieved in terms of Iou, Dice score, accuracy, sensitivity, 95% Hausdorff Distance, 86.82%,93.90%, 94.11%, 93.8%,7.84 for the prostate, 79.2%, 89.51%, 88.43%,89.31%,8.39 for lesion region in segmentation. Compared to the state-of-the-art models, FCN, U-Net, U-Net++, and ResU-Net, the segmentation model achieved more promising results.ConclusionThe proposed model yielded excellent performance in accurate and automatic segmentation of the prostate and lesion regions, revealing that the novel deep convolutional neural network could be used in clinical disease treatment and diagnosis

Aportaciones al diagnóstico de cáncer asistido por ordenador

Para diagnosticar un cáncer se realiza, entre otras pruebas, algún test de imagen, como puede ser una radiografía, ecografía o resonancia magnética. Mediante estos tests pueden detectarse zonas con alta sospecha tumoral, cuyo diagnóstico debe confirmase finalmente mediante la realización de una biopsia. Este tipo de imágenes, sin embargo, no son fáciles de interpretar, lo que provoca que el profesional encargado de analizarlas, a pesar de su experiencia, no sea capaz de detectar en ellas un porcentaje importante de tumores (falsos negativos). Una posibilidad para mejorar el diagnóstico y disminuir el número de falsos negativos consiste en utilizar sistemas de diagnóstico asistido por ordenador o computer-aided diagnosis (CAD). Un sistema de CAD analiza la imagen médica y trata de detectar zonas sospechosas de contener alguna anomalía. Estas zonas son marcadas sobre la propia imagen con un doble objetivo: llamar la atención del profesional encargado de analizarla hacia la zona sospechosa y aportar una segunda opinión respecto al diagnóstico. En esta tesis se presentan y evaluan diversas técnicas de visión por computador y reconocimiento de formas orientadas a la detección de tumores en imágenes médicas, con el objetivo de diseñar sistemas de CAD que permitan un mejor diagnóstico. El trabajo se ha centrado en el diagnóstico de cáncer de próstata a partir de imágenes de ecografía, y en el diagnóstico de cáncer de mama a partir de imágenes de radiografía. Se han evaluado diversos métodos de extracción de características basados en la intensidad, frecuencia, texturas o en gradientes. En la etapa de clasificación se ha utilizado un clasificador no paramétrico basado en distancias (k-vecinos más cercanos) y otro paramétrico basado en modelos de Markov. A lo largo del trabajo se evidencian las distintas problemáticas que surgen en este tipode tareas y se proponen soluciones a cada una de ellas. El diagnóstico de cáncer de próstata asistido por ordenador es una tarea extremaLlobet Azpitarte, R. (2006). Aportaciones al diagnóstico de cáncer asistido por ordenador [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1862Palanci