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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 |
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