Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35088
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-0872-0120
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Automated segmentation of tumor regions from oral histological whole slide images using fully convolutional neural networks
Alternate title (s): Uma abordagem para segmentação de regiões tumorais da cavidade oral em imagens histológicas de lâmina inteira utilizando redes neurais completamente convolucionais
Author: Santos, Dalí Freire Dias dos
First Advisor: Nascimento, Marcelo Zanchetta do
First coorientator: Travençolo, Bruno Augusto Nassif
First member of the Committee: Oliveira, Marcelo Costa
Second member of the Committee: Ferrari, Ricardo José
Third member of the Committee: Backes, André Ricardo
Fourth member of the Committee: Escarpinati, Maurício Cunha
Summary: A segmentação de regiões tumorais em lâminas coradas com hematoxilina e eosina (H&E) é uma tarefa importante para os patologistas no diagnóstico de diferentes tipos de câncer, incluindo câncer derivado da cavidade oral (do inglês, oral squamous cell carcinoma - OSCC). Imagens histológicas de toda a lâmina (do inglês, whole slide image - WSI) são imagens de alta resolução que podem conter células, estruturas celulares e alguns artefatos derivados do processo de aquisição de imagem. Processar essas imagens enormes para descartar áreas não relevantes, mantendo apenas as regiões clinicamente relevantes, é uma tarefa desafiadora. Nesse trabalho é apresentado uma nova abordagem, baseada em redes neurais completamente convolucionais (do inglês, fully convolutional network - FCN), capaz de analisar automaticamente uma WSI para segmentar regiões de tumores da cavidade oral com o objetivo de auxiliar a tomada de decisão do patologista sobre diagnósticos e prognósticos de OSCC. A metodologia proposta utiliza características de cor no espaço de cores HSV para identificar as regiões de tecido em uma etapa de pré-processamento. As regiões do tecido identificadas na WSI são transformadas para o espaço de cores CIE L*a*b* e divididas em subimagens menores. Uma FCN baseada no modelo U-Net, treinada com uma nova estratégia de aumento de dados, é utilizada para localizar e segmentar regiões tumorais a partir das subimagens. Para avaliar a metodologia proposta, uma nova base de imagens com WSIs de tecidos de OSCC corados com H&E foi criada. O método foi testado nesta e em outras bases de imagens disponíveis na literatura, incluindo uma base de WSIs de outro tipo de câncer, alcançando 90% de F1-score na nova base de imagens criada. Para as demais bases de imagens de domínio público o método obteve uma média de 83% de F1-score, mostrando-se robusto e com o potencial para criar uma ferramenta de apoio ao diagnóstico em casos de OSCC.
Abstract: Segmentation of tumor regions in H&E-stained slides is an important task for pathologists while diagnosing different types of cancer, including oral squamous cell carcinoma (OSCC). Whole slide histological images (WSI) are high-resolution images created from tissue sections that can contain many different types of cells, regions, and some artifacts derived from the image acquisition process. Processing these huge images to discard non-relevant areas while keeping only the clinically relevant regions is a challenging task. This work presents a new approach, based on fully convolutional neural networks (FCN), capable of automatically analyzing a WSI to segment regions of oral cavity tumors to aid and enhance the pathologist's decision making on OSCC diagnoses and prognosis. The proposed methodology uses color characteristics in the HSV color space to identify tissue regions in a pre-processing step. The tissue regions identified in the WSI are transformed to the CIE L*a*b* color space and split into smaller sub-images. An FCN segmentation model, based on the U-Net model and trained using a new data augmentation strategy, is used to locate and segment tumor regions from the sub-images. The evaluation of the proposal was tested using public domain image datasets, and a newly created WSI dataset of H&E-stained OSCC tissues. The results have shown a segmentation F1-score of 97% in the new OSCC dataset created. For the public domain image datasets, including a dataset of WSIs from another type of cancer, the proposed method obtained an average F1-score of 83%, proving to be robust and with the potential to develop a tool to support the diagnosis in cases of OSCC.
Keywords: Fully Convolutional Neural Networks
Data Augmentation
H&E-stained Histological Images Analysis
Image Segmentation
Oral Cavity-Derived Cancer
Redes Neurais Completamente Convolucionais
Segmentação de Imagens
Câncer da Cavidade Oral
Análise de Imagens Histológicas
Aumento de Dados
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)
Subject: Computação
Redes neurais (Computação)
Histologia - Técnica
Boca - Câncer
Diagnóstico por imagem
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: SANTOS, Dalí Freire Dias dos. Automated segmentation of tumor regions from oral histological whole slide images using fully convolutional neural networks. 2022. 104 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.252.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.252
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35088
Date of defense: 4-May-2022
Appears in Collections:TESE - Ciência da Computação

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
AutomatedSegmentationTumor.pdfTese273.11 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.