Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10216/136026
Author(s): Simão Pedro Ribeiro Quintans
Title: Matching of Mammographic Lesions in Different Breast Projections
Issue Date: 2021-07-16
Abstract: Of all cancer diseases, breast cancer is the most lethal among women. It has been shown that breast cancer screening programs can decrease mortality, since early detection increases the chances of survival. Usually, a pair of radiologists interpret the screening mammograms, however the process is long and exhausting. This has encouraged the development of computer aided diagnosis (CADx) systems to replace the second radiologist, making a better use of human-experts' time. But CADx systems are associated with high false positive rates, since most of them only use one view (craniocaudal or mediolateral oblique) of the screening mammogram. Radiologist, on the other hand, use both views; frequently reasoning about the diagnosis by noticeable differences between the two views. When considering both projections of a mammogram, lesion matching is a necessary step to perform diagnosis. However this is a complex task, since there might be various lesion candidates on both projections to match. In this work, a matching system is proposed. The system is a cascade of three blocks: candidates detector, feature extraction and lesion matching. The first is a replication of Ribli et al.'s Faster R-CNN and its purpose is to find possible lesion candidates. The second is the feature vector extraction of each candidate, either by using the candidates detector's backbone, handcrafted features or a siamese network model trained for distinguish lesions. The third is the calculus of the distance between feature vector, also using some heuristics to restrain possible non-lesion pairs, and the ranking of the distances to match the lesions. This work provides several options of possible feature extractors and heuristics to be incorporated into a CADx system based on object detectors. The fact that the triplet loss trained models obtained competitive results with the other features extractors is valuable, since it offers some independence between the detection and matching tasks. "Hard" heuristics and "soft" heurisitcs are introduced as methods to restrain matching. The system is able to detect matches satisfactorily, since its accuracy (70%􀀀85%) is significantly higher than chance level (30%􀀀40%). "Hard" heuristics proposals achieved encouraging results on precision@k, due to its match and candidates exclusion methods, which rejects a significant number of false positives generated by the object detector.
Description: De todos os cancros, cancro da mama é o que causa mais mortes entre mulheres. Programas de rastreio do cancro da mama podem ajudar a decrescer esta mortalidade, visto que deteção e tratamento do tumor em fases iniciais aumentam a taxa de sobrevivência. Normalmente, um par de radiologistas fazem a interpretação das mamografias, no entanto o processo é longo e cansativo. Isto incentivou o desenvolvimento de sistemas de diagnósitco auxiliado por computador (CADx), para substituir o segundo radiologista, fazendo melhor uso do tempo de especialistas. No entanto, sistemas CADx são associados a taxas elevadas de falsos positivos, dado que a maior parte detes apenas usam uma vista (craniocaudal ou mediolateral oblique) da mamografia. O radiologista, por sua vez, usa ambas as projeções, baseando o seu diagnóstico em diferenças visíveis entre as duas vistas. Quando se consideram as duas projeções da mamografia, a correspondência de lesões é um passo necessário para se fazer o diagnóstico. No entanto, isto é uma tarefa complexa, dado que podem existir vários candidatos a lesão, em cada uma das vistas, para se fazer correspondência. Neste trabalho, um sistema que faz correspondências entre lesões é proposto. Este é composto por três blocos: detetor de candidatos, extração de caraterísticas e correspondência de lesões. O primeiro é uma replicação do trabalho de Ribli et al., e o seu propósito é detetar possíveis candidatos a lesão. O segundo é a extração de vetores de caraterísticas de cada candidato, quer usando a backbone do detetor de candidatos, quer extraindo caraterísticas mais tradicionais, ou usando uma rede neuronal treinada com a triplet loss para distinguir lesões. O terceiro é o cálculo da distância entre os vetores de caraterísticas, usando também heurísticas para restringir possíveis pares de candidatos incorretos, e a ordenação de distâncias para atribuir a correspondência de cada lesão. Este trabalho oferece várias opções de possíveis extractores de caraterísticas e heurísticas a serem incroporados num sistema CADx que seja baseado em detetores de objetos. O facto do modelo treinado com a triplet loss ser competitivo com os restantos modelos, torna o sistema bastante mais viável, sendo que este oferece a possibilidade de a correspondência ser independente da deteção de candidatos. Heurísticas "hard" e "soft" são introduzidas como métodos para limitar correspondências. O sistema é capaz de fazer correspondências de forma satisfatória, dado que a sua exatidão ( 70%􀀀85%) é significativamente maior que a probabilidade aleatória (30%􀀀40%) dos dados usados. Heurísticas "hard" têm resultados encorajantes na precision@k, dado que estas rejeitam um número significativo de falsos positivos gerados pelo detetor de lesões.
Subject: Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
Scientific areas: Ciências da engenharia e tecnologias::Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Engineering and technology::Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
DOI: 10.34626/02hj-z617
TID identifier: 202825680
URI: https://hdl.handle.net/10216/136026
Document Type: Dissertação
Rights: openAccess
Appears in Collections:FEUP - Dissertação

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