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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2018.tde-22122017-081218
Document
Author
Full name
Maria Angélica Zucareli Sousa
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2017
Supervisor
Committee
Schiabel, Homero (President)
Martinelli, Simone Elias
Patrocínio, Ana Cláudia
Ruberti Filha, Eny Moreira
Silva, Ana Maria Marques da
Title in Portuguese
Desenvolvimento de um objeto simulador de mama: investigações da percepção visual da imagem e do desempenho de esquemas CADx
Keywords in Portuguese
Phantom
Esquemas CADe/CADx
Mamografia
Simulação dos tecidos mamários
Abstract in Portuguese
Dada a dificuldade de avaliação das imagens mamográficas no rastreamento do câncer de mama e a necessidade de precisão diagnóstica, tornou-se estimulante a luta pelo desenvolvimento de ferramentas computacionais que auxiliam esse processo, denominadas de esquemas de Computer-aided detection/diagnosis (CADe/CADx). Apresenta-se como um desafio para a comunidade científica a padronização dos critérios de avaliação destes esquemas a partir de bancos de imagens amplos e diversificados que representem casos tanto de benignidade quanto os de malignidade. Considerando este aspecto, o presente trabalho consiste no desenvolvimento de um objeto simulador (phantom) de mama capaz de gerar diversos padrões de imagens obtidos pela variação aleatória de tamanho, forma, contraste e distribuição de lesões. Para garantir imagens mais realistas, o phantom foi confeccionado em camadas compostas por filme de PVC submerso em parafina gel em uma distribuição não uniforme. Essa distribuição permite simular regiões heterogeneamente densas, de acordo com a concentração do material. A estimativa da densidade percentual da mama simulada foi obtida com a ajuda do software LIBRA®, para gerar imagens nas quatro categorias de classificação de densidades BI-RADS®. Os nódulos foram simulados usando dois modelos tridimensionais impressos em 3D, um para lesões circunscritas e outro para espiculadas. Para as microcalcificações, foi utilizada a hidroxiapatita granulada distribuída em quatro clusters que representam casos comumente encontrados em mamas reais. Alternativamente, uma ferramenta computacional foi desenvolvida para a inserção das lesões nas imagens, de acordo com a localização e intensidade escolhidas. As características do phantom foram estudadas comparando os coeficientes de atenuação dos materiais utilizados e dos tecidos mamários. Também textura e ruído das imagens do phantom foram comparados em relação aos das imagens clínicas. A partir da base de imagens formada, um protótipo de esquema CADx foi avaliado. Os resultados foram analisados estatisticamente a partir de curvas ROC e comparados com os obtidos nos testes realizados com imagens clínicas. Concluiu-se que o phantom desenvolvido neste trabalho permitiu gerar um padrão de imagem próximo ao obtido em mamografias reais e apropriado ao suprimento da base de imagens para validação dos sistemas CADx.
Title in English
Development of a breast phantom: investigations on the visual perception of the image and the performance of CADx schemes
Keywords in English
Breast tissue simulation
CADe/CADx systems
Mammography
Phantom
Abstract in English
The need for diagnostic accuracy in breast cancer screening has motivated the use of computational schemes known as computer-aided detection/diagnosis (CAD/CADx). However, standardization of the evaluation criteria regarding these schemes is still a challenge, since they depend on the access to large and diversified image databases representing both benign and malignant cases. With this feature in view, this work aimed at the development of a structured breast phantom able to generate many images patterns achieved not only by the variation of size, shape, contrast but also by mainly the distribution of simulated lesions. To guarantee the realism of the images, the phantom was made in layers composed by PVC film submerged in paraffin gel with a non-uniform distribution. Such distribution allowed simulating more or less dense regions, according to the material concentration. The percent density estimative of the simulated breast was determined with the LIBRA® software, resulting in the four categories of BIRADS® density classification. Nodules were simulated using two 3D printed models, one for circumscribed and another for spiculated lesions. For simulating microcalcifications, granulated hydroxyapatite was used distributed in four clusters. Alternatively, a computational tool was developed for the insertion of lesions into the images, according to the location and intensity chosen. Phantom characteristics were studied comparing attenuation coefficients of the materials used and breast tissues. The texture and noise of the phantom images were also compared in relation to the clinical ones. From the image database created, a CADx system was evaluated considering its modules of nodule classification and detection of microcalcifications. The results were analyzed statistically from ROC curves and compared with those usually obtained in clinical imaging tests. We concluded that the phantom developed in this work allowed to generate an image pattern similar to that obtained in real mammograms and suitable for supplying an image database to be used as a ground truth for CAD and CADx schemes validation/evaluation.
 
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Angelica.pdf (5.99 Mbytes)
Publishing Date
2018-01-24
 
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