|
| Romanian Society of Surgery Magazine |
| |||||||||
| Utilizarea spectrului fractal în diagnosticarea leziunilor mamare D. A. Crisan, M. Lesaru, R. Dobrescu, C. Vasilescu (Chirurgia, 102 (1): 27-30) | |||||||||
|
Introducere Cancerul de sân este una dintre cele mai frecvente boli întâlnite la femei. În tãrile vestice 10% dintre femei sunt, la un moment dat în cursul vietii, diagnosticate pozitiv. La ora actualã, mamografia este cel mai eficient mijloc de detectie si diagnosticare a leziunilor mamare. Întrucât examenele medicale periodice tind sã devinã un lucru obisnuit, numãrul de mamografii interpretate de radiolog creste dramatic. Din acest motiv, se impune realizarea unui sistem automat de analizã (CADM - Computer-Aided Diagnosis of Mammograms) care sã îl ajute în luarea deciziilor. Studiind trãsãturile morfologice si de contur ale leziunilor mamare, Colegiul American de Radiologie propune utilizarea, în procesul de diagnosticare, a clasificãrii BI-RADS (Breast Imaging Report Data System), care cuprinde cinci clase: BI-RADS 1 - BI-RADS 5 (1). În linii mari, clasele 1-3 sunt asociate leziunilor benigne si cuprind forme regulate cu contur clar. Clasa BIRADS 5 este asociatã cazurilor maligne si cuprinde forme cu contur neregulat. Categoria BIRADS 4 se referã la anomalii suspecte, nedeterminate, caracterizate în general printr-un contur sters, leziunea putând fi greu delimitatã de restul tesutului. În cazul acestei a patra categorii, care prezintã un risc de malignitate cuprins între 5-50%, diagnosticarea benign/malign necesitã examinãri suplimentare, eventual biopsie (2). Cercetãri anterioare aratã cã dimensiunea fractalã este o alternativã viabilã pentru analiza imaginilor, imagistica medicalã ocupând un loc aparte. Analiza trãsãturilor fractale a dus la obtinerea de rezultate importante în scopul caracterizãrii complexitãtii profilelor epitelice ale tesuturilor normale, respectiv tumorilor în patologia oralã (3). Proceduri similare de analizã fractalã au fost utilizate cu succes de cãtre un grup de cercetãtori români în încercarea de a efectua o clasificare histopatologicã a cancerului gastric, prin investigarea relatiei dintre complexitatea interfetei epiteliale (caracterizatã prin dimensiunea fractalã) si caracterul histologic malign al tumorii gastrice (4)(5). În ceea ce priveste analiza automatã a mamografiilor, prin extragerea trãsãturilor fractale s-a reusit reducerea semnificativã a volumului de date ce urmeazã a fi analizat de cãtre sistemul automat de diagnosticare (6). Plecând de la ideea cã geometria fractalã este un instrument dedicat analizei formelor si cã dimensiunea fractalã permite cuantificarea gradului de neregularitate al unui contur, în lucrarea de fatã s-a urmãrit studierea mãsurii în care analiza fractalã este un instrument eficient pentru a decide dacã o leziune din categoria BI-RADS 4 (deci o leziune suspectã cu contur sters) este benignã, fãrã a mai fi necesare examene suplimentare. Material si Metodã Leziuni mamare Pentru verificarea ipotezelor de lucru, s-a efectuat un studiu pe 30 de mamografii clasificate BIRADS 4 din baza de date a Departamentului Imagisticã Medicalã a Institutului Clinic Fundeni. Cele 30 de mamografii au fost clasificate BI-RADS 4 în urma examinãrii prin metode conventionale; între acestea 18 prezentau leziuni benigne iar 12 prezentau leziuni cel mai probabil maligne. Imaginile în format .jpeg de mãrime aproximativ 1024X1024 au fost convertite în imagini .bmp, true color. Pentru fiecare imagine s-a trasat de cãtre specialistul radiolog o zonã de interes (FAR- Focus Attention Region) care a fost supusã analizei. Metoda de calcul a dimensiunii fractale 1. Dimensiunea box-counting Dimensiunea fractalã - fie cã este dimensiunea Hausdorff - Besicovitch, fie dimensiunea Minkowski-Bouligand, sau Kolmogorov- surprinde anumite trãsãturi ale formei analizate. Asa cum demonstreazã cercetãtorul american Andrew Einstein, nu toate dimensiunile fractale sunt aplicabile pentru o problemã particularã (7)(8). În studiul efectuat, s-a demonstrat cã dimensiunea globalã box-counting (9) este un instrument pertinent pentru analiza fractalã a mamografiilor. Metoda utilizatã prezintã douã avantaje majore: este usor de implementat în cazul utilizãrii calculatorului si poate fi aplicatã pentru imagini oricât de complexe. În analiza efectuatã a fost utilizat un algoritm modificat pentru determinarea dimensiunii box-counting a imaginilor binare: · se citeste imaginea originalã (binarã); · se extrage conturul prin eliminarea punctelor interioare obiectului: punctele negre care au toti cei opt vecini (N, N-E, E, S-E, S, S-V, V, N-V) negri sunt eliminate; · se selecteazã zona de analizã; · se calculeazã dimensiunea box-counting, considerând pãtrate de acoperire de laturi diferite s si numãrând de fiecare datã pe cele N(s) care contin cel putin un punct al formei. Valorile obtinute sunt logaritmate si reprezentate grafic într-o curbã a cãrei pantã este dimensiunea box-counting. 2. Spectrul fractal Fiecare imagine a fost analizatã prin cuantificarea numericã a complexitãtii conturului leziunii. Pentru aceasta s-a utilizat urmãtorul algoritm (10) pentru fiecare ton de gri continut în zona de interes: · se binarizeazã imaginea (utilizând ca prag tonul curent de gri): tot ce este peste prag (inclusiv pragul) se considerã alb (obiect), tot ce este sub prag se considerã negru (fundal); · se extrage conturul prin eliminarea punctelor interioare obiectului: punctele negre care au toti cei opt vecini (N, N-E, E,S-E, S, S-V, V, N-V) negri sunt eliminate; · se calculeazã dimensiunea box-counting pe zona selectatã si se memoreazã. Aplicând algoritmul box-counting pentru fiecare ton de gri din zona selectatã se obtine spectrul dimensiunii fractale în care fiecãrui ton de gri îi este asociatã o dimensiune fractalã (figura 1) . Interpretare Forma spectrului a confirmat ipoteza prin care leziunile catalogate BIRADS 4 au o evolutie constantã în raport cu variatia nivelului de gri utilizat la binarizare. Mai mult, valoarea dimensiunii fractale care caracterizeazã aceastã stabilitate este în general mai ridicatã în cazurile foarte probabil de cancer si mai scãzutã în cazul leziunilor benigne.
Rezultate | |||||||||
| |||||||||
| © CPH 2016 |