Mamografide Şüpheli Kitle Adayı Bölgelerin Belirlenmesi

Transkript

1 Mamografde Şüphel Kle Adayı Bölgelern Belrlenmes Burçn KURT a, Vasf V. NABİYEV b, Kemal TURHAN a a Byosas ve Tıp Blşm AD, Karadenz Ten Ünverses, Trabzon b Blgsayar Mühendslğ AD, Karadenz Ten Ünverses, Trabzon Deermnaon of Suspcous Mass Canddae Regons on Mammography Absrac: The segmenaon of suspcous regons, whch wll be used for he deecon of relaed abnormales n compuer-aded dagnoss (CAD) of breas cancer, s an mporan sep. These regons of he mage ha are meanngful for us are canddae regons whch may nclude mass. In he sudy, segmenaon of suspcous regons whch s a process of breas cancer CAD sysem has been mplemened. For hs, Havrda&Charva enropy based segmenaon mehod has been used whch s one of non-shannon enropy measures. Thus, suspcous mass canddae (whch may nclude mass) regons have been segmened from he ssue bacground n he mammogram. Successful resuls have been obaned on nernaonal MIAS (Mammografc Image Analyss Socey) mammogram daabase used n he sudy. Key Words: CAD, breas cancer, suspcous regons, segmenaon, mass canddae regons Öze: Meme ansernn blgsayar desel anısında, lgl anormalllern esp çn ullanılaca olan şüphel bölgelern bölülenmes olduça öneml br aşamadır. Bu bölgeler, görününün bzm çn anlamlı olan yan le çereblece olan aday bölgelerdr. Çalışmada blgsayar desel meme anser anı ssemnn br aşaması olan şüphel bölgelern bölülenmes gerçelenmşr. Bunun çn non-shannon enrop ölçülernden Havrda&Charva enrop abanlı bölüleme yönem ullanılmışır. Böylece, mamograf görünüsünde şüphel le adayı(le çereblece) bölgeler dou ara planından ayrılmışır. Çalışmada ullanılan uluslar arası MIAS (Mammografc Image Analyss Socey) mamograf verabanı üzernde başarılı sonuçlar elde edlmşr. Anahar Kelmeler: CAD, meme anser, şüphel bölgeler, bölüleme, le adayı bölgeler 1. Grş Meme anser, acğer ansernden sonra dünyada görülme sılığı en yüse olan anser ürüdür. Her 8 adından brnn hayaının belrl br zamanında meme anserne yaalanacağı bldrlmeedr. Meme anser, yayılmadan önce, eren esp edlrse, hasa %96 yaşam şansına sahpr. Meme anserne arşı en y oruyucu yönem eren 40

2 eşhsr [1]. CAD (Blgsayar desel anı) ssemler, ıbb görünülern yorumlanmasında doorlara yardımcı olara ullanılan ssemlerdr. Djal radyoloj görünülerde(mamograf, MRI, ulrason vb.), maemasel ve sassel analz yönemlern ullanara radyolog çn aşar olmayan alanları(hedef anıları veya paolojler) belrler. CAD, ncl ve yardımcı e br anı ssemdr, son arar radyoloğa ar. Son zamanlarda, CAD ssemler Amera Brleş Devlelernde arama merezler ve hasanelerde mamogramlar üzernden meme anser esp çn yapılan run ln çalışmalarının br parçası halne gelmşr. Bu da CAD ssemlernn farlı görünüleme yönemlernden elde edlmş medal görünülerde brço farlı anormalllern esp ve eşhsnde yaygın olara uygulanmaya başlanacağını gösermeedr[2]. CAD le radyoloğun yeeneğ ve blgsayarın gücü brleşrlere azanç sağlanır. Böylece, meme anser eren esp oranı arırılablr. Mamografde le adayı şüphel bölgelern belrlenmes, gelşrlmes hedeflenen meme anser CAD ssemnn br aşamasıdır. Önce çalışmalarımızda, mamograf görünülernn yleşrlmes, meme bölgesnn bölülenmes ve meme sınırının belrlenmes aşamalarını gerçeleşrmş. Yapılan çalışmada da, şüphel bölgelern bölülenmes ele alınmışır. Mamogram görünüler üzernden le esp le lgl W.B. Sampao [3] ve aradaşları arafından yapılan çalışmada şüphel bölgelern bölülenmes çn hücresel snr ağları ullanılmışır. Burada, Texudl ve Blur şablonlarından yararlanılmışır. Bölüleme algormasının 623 leden 526 sını bölülendğnden ve başarısının %90.85 olduğundan bahsedlmeedr. Fama[4] ve aradaşları arafından yapılan çalışmada se le espnde lgl alanların çıarılmasında masma eşleme ullanılmışır. Anca, burada masma eşlemede üm verabanı ncelenere oralama sab br eş değer seçlere şlemler gerçeleşrlmşr. Ooma le belrlenmes çn Hussen[5] ve aradaşları arafından yapılan çalışmada, morfoloj erozyon ve yenden yapılanma yönemlernn hbrdlenmesyle en y 10 le adayı bölge belrlenmşr. Ardından, alan mnmzasyonuna dayalı br bölüleme algorması le le adayı bölgeler çıarılmışır. Br dğer çalışmada, Rav[9] arafından, meme anser blgsayar desel anı çn el şüphel bölge bölülenmes algorması le lgl yapılan ez çalışmasında, şüphel bölgelern bölülenmes çn sağlam bulanı c-oralama(robus fuzzy c-means-fcm) ve uzaysal bulanı c-oralama (spaal fuzzy c-means-sfcm) ümele algormaları ullanılmışır. Burada, şüphel le adayı bölgelern çıarılmasında el sassel yönemlerden olan Shannon ve non-shannon enrop ölçüler [6] ncelenmş ve Havrda&Charva enrop abanlı bölüleme gerçelenmşr. Çalışmada, 322 djal mamogram çeren Mamograf Görünü Analz Derneğ (MIAS) verabanı ullanılmışır[7]. 2. Gereç ve Yönem Enrop, br blg eors avramıdır ve blg marını ölçme çn ullanılır[8]. Enrop, blg aynağının olasılılı davranışı olara da anımlanmaadır. Bu anıma göre, rasgele br A olayının P(A) olasılığı le oluşması çn aşağıda blg brmlern çermes gereğnden bahsedlmeedr[8]. 41

3 I(A) = log[1/p(a)] = -log[p(a)] (1) I(A) marı, A olayının öz blgs olara adlandırılmaadır. Olayın öz blg marı, olasılığı le ers oranılıdır. Blg eorsnde enropnn emel çerğ br snyal ya da rasgele br olayda rasgelelğn ne adar olduğuyla lgldr. Buna bamanın alernaf yolu, snyal le ne adar blg aşındığı haında onuşulara yapılablr. Enrop, rasgelel ölçüüdür. p1, p2,, p,.., p ayrı aynağın olasılı dağılımı olsun. Bu nedenle 0 p 1 ve p 1, burada durumların oplam sayısıdır. Br ayrı aynağın 1 enrops genellle olasılı dağılımından elde edlr. Çeşl enrop ölçüler[6] anımlanablr. Shannon Enrops Mamograf; meme ara planı, dou ara planı ve şüphel bölge olma üzere üç farlı nesnenn brleşmdr. Meme ara planı eşhs çn br blg sağlamaz. Bu nedenle, mamogram analz çalışmalarında göz ardı edleblr. Yalaşı olara, br mamogramın üçe brnden fazlası meme ara planıdır. Bu da, meme doularının oralama gr sevye değern eleyecer[8]. Bu nedenle, meme doularının oralama gr sevye değer, meme ara plan pseller çıarılara aşağıda gb anımlanablr[9]. M N 1 f(, j) (2) n,jr,jr Burada M, N mamogramın boyuları; R, gr sevye değerler >100 olan bölge; n, bu bölgede psellern sayısı; f(,j) se, ve j oordnalarında gr sevye değerdr. p1, p2,, p,., p-1, p, p+1,.., p mamogramda gr sevye değerlernn olasılı dağılımı olsun. Burada, p mamogramın normalze hsogramıdır. p ve h /(MxN) h, mamogramın gr sevye hsogramıdır. Bu dağılımdan, üç ane olasılı dağılımı çıarablrz; brncs meme ara planı çn, ncs dou ara planı çn ve üçüncüsü de şüphel bölge çn. Bu olasılı dağılımları aşağıda gb fade edleblr: Meme ara planına a olasılı dağılımı: p1 p2 p-1,,..., (3) p p p Dou ara planına a olasılı dağılımı: p p 1 p,,..., (4) p - p p - p p - p Şüphel bölgeye a olasılı dağılımı: 42

4 p p p,,..., 1- p 1- p 1- p 1 2 (5) 1 Burada, 1 p, p 1 j1 p p, eş değern ve mamogramda j masmum gr sevye değern gösermeedr. Shannon enrops eşleme yalaşımına dayanmaadır. Shannon enropsne göre dou ara planı psellernn enrops ve şüphel bölge psellernn enrops aşağıda şelde fade edleblr: Dou ara planı pseller çn Shannon enrops: p p S ( ) log (6) e p p 1 p p 1 Şüphel bölge pseller çn Shannon enrops: p p S ( ) log (7) e 11 p 1 p Shannon enrops, eşleme yalaşımına dayalı, S ( ) S ( ) değern masmze edere opmum eş değern s op s op Arg max S ( ) S ( ) (8), elde eder[6]. Bu opmum eş değer şüphel bölgey, dou ara planından ayırmaadır. Non-Shannon Enrop Ölçüler a. Reny Enrops Benzer şelde Reny enrops de eşleme yalaşımına dayanmaadır ve Reny enropsne göre dou ara planı pseller le şüphel bölge psellerne a enropler aşağıda gb fade edlmeedr: Dou ara planı pseller çn Reny enrops: 1 p R ( ) log (9) e 1 p p 1 Şüphel bölge pseller çn Reny enrops: 1 p R ( ) log (10) e 1 1 p p 1 43

5 Burada 1, 0 Reny enrops, eşleme yalaşımına dayalı, R ( ) R ( ) değern masmze edere opmum eş değern R op R op, elde eder[6]. Arg max R ( ) R ( ) (11) b. Havrda&Charva Enrops Reny enropsnden sonra Havrda ve Charva enrops de eşleme enğne dayanmaadır. Buna göre, dou ara planı pseller ve şüphel bölge pseller çn Havrda ve Charva enrops de aşağıda şelde anımlanmaadır: Dou ara planı pseller çn Havrda ve Charva enrops: 1 p HC ( ) 1 (12) 1 p p 1 Şüphel bölge pseller çn Reny enrops: 1 p HC ( ) 1 (13) p Havrda ve Charva enrops, yaygın olmayan br özellğe sahpr. Böylece eşleme yalaşımı abanlı Havrda ve Charva enrops, HC ( ) HC ( ) (1 )HC ( )HC ( ) değern masmze edere opmum eş değern HC op, elde eder[6]. HC op Arg max HC ( ) HC ( ) 1 HC ( ) HC ( ) (14) c. Kapur Enrops Son olara da, yne eşleme yalaşımına dayalı Kapur enropsnden bahsedeceğz. Kapur enropsnn anımına göre dou ara planı ve şüphel bölge psellernn olasılı dağılımlarına a enropler aşağıda gbdr: Dou ara planı pseller çn olasılı dağılımına a Kapur enrops: p 1 p p (15) 1 K( ) loge p p p 1 44

6 Şüphel bölge pseller çn Kapur enrops: p 1 p p (16) 1 1 K( ) loge p 1 p p 1 Burada, 0, 0 Kapur enrops, eşleme yalaşımına dayalı, K ( ) K ( ) değern masmze edere opmum eş değern R op K op Arg max K ( ) K ( ) (17) Opmum eş değer,, elde eder[6]. * op, * S, R, HC, K, şüphel bölgey dou ara planından ayırır. Deneysel sonuçlara baıldığında, non-shannon (Reny, Havrda&Charva, Kapur) enrop ölçülernn, mamogram görünülernde şüphel bölgey dou ara planından ayırmada daha amn edc sonuçlar verdğn oraya oymaadır[6]. Non-Shannon enrop ölçülernn, Shannon enrop ölçüsüne br başa üsünlüğü de değerler ayarlamada ullanılablece α, β gb paramereler çermesdr. Bu paramereler, aynı sınıf mamogram görünüler çn görünü şleme zncrnde ayar paramereler olara öneml br rol oynayablrler. Ayrıca, Havrda&Charva enropsnn non-shannon ölçüler arasında yaygın olmayan br özellğe sahp olduğu görülmeedr. Yan, Havrda&Charva enrop abanlı bölüleme yalaşımı, mamogram görünülernde elemel olmayan çerğn varlığını yaalama yeeneğne sahpr[6]. Bu nedenlerle çalışmada, non-shannon enrop ölçülernden Havrda&Charva enrop abanlı bölüleme gerçelenmşr. Böylece, mamogram görünüsünde şüphel le adayı bölgeler bölülenmşr. 3. Bulgular HC, HC ve op değerlernn hesaplanmasında ullanılan α değer çalışmada[6] en y sonucu 0,2 alındığında vermeedr. Bz, çalışmamızda farlı α değerlern dened ve aşağıda sonuçları elde e. (Kırmızı are çerçeve, o görünüye a anormallğn yern gösermeedr, programın esp değldr, merez x,y oordnaları verlere bölüleme sonucu şüphel bölgelerde apsandığını göserme amaçlı çzlmşr.) 45

7 (a) (b) (c) (d) (e) Şel 1. (a) Orjnal görünü - MIAS mdb017, (b) α=0,2 ; =156, (c) α=0,4 ; =156, (d) α=0,6 ; =156, (e) α=0,8 ; =168 Şel 1. de görüldüğü gb mdb017 mamogram görünüsü çn α=0,2; 0,4 ve 0,6 değerler çn opmum eş değer aynı çıaren α=0,8 değer çn farlı br opmum eş değer elde edlmeedr. Anca, farlı görünüler çn farlı sonuçlar elde edleblmeedr. Buna göre, bz çalışmamızda MIAS verabanı üzernde yapığımız deneysel sonuçları nceleyere α değern sab almaansa her görünü çn dnam br bçmde değşece şelde aşağıda formülü gelşrere hesapladı (18) Her görünü çn dnam olara hesaplanan ( formül (2) ) değernn en yüse gr sevye değerne bölere normalze e ve bunu masmum değer olan 1 den çıarara değern hesapladı. Buna göre, elde eğmz bölüleme sonucu Şel 2 de gbdr. Daha sonra şüphel bölgeler braz daha flreleme çn Havrda&Charva enrop abanlı bölüleme sonucu elde edlen şüphel bölgelern oralama gr sevye değer alınara nc br eşleme şlem uygulanmışır. 46

8 (a) (b) Şel 2. (a) α=0,435; =156, (b) nc ez eşlenmş görünü Şüphel le adayı bölgelernn bölülenmesne lşn MIAS mamograf görünü verabanına a bazı örnelern sonuçları aşağıda göserlmşr. Örne 1: mdb179 öü huylu le Örne 2: mdb023 öü huylu le 47

9 Örne 3: mdb028 öü huylu le Şel 3. (a) Orjnal görünü, (b) yleşrlmş ve meme bölges bölülenmş görünü (c) şüphel bölgeler bölülenmş görünü (d) şüphel bölgeler ırmızı le çzlmş görünü Şel 3 e görüldüğü gb şüphel le adayı bölgeler çıarılmışır ve verabanında oordnaları verlen le bölgeler de elde edlen şüphel bölgeler arasındadır. Bununla brle olu alı bölges de yüse gr sevye değernden dolayı şüphel bölgeler arasındadır. Br sonra aşamada, elde edlen şüphel bölgeler arasından le bölges esp edlecer. 4. Tarışma Önerlen yönemde ullanılan parameres 322 mamograf görünüsü aranara, hçbr le bölgesn açırmayaca şelde formül (18) gelşrlere hesaplanmışır. Kolu alı bölges de br radyolog uzmana sorulara le çerebleceğnden bıraılmışır. 5. Sonuç Sonuç olara, şüphel le adayı bölgelernn çıarılması çn önerlen algorma başarılı sonuçlar vermeedr. Ayrıca, algormada parameres gelşrlen formül (18) le her görünü çn dnam hale gerlmşr. Bu da, yöneme aılan olduça öneml br yenlr. Bununla brle, gelşrlen ssemn en öneml avanajı hçbr le bölgesn açırmamasıdır. Şüphel le adayı bölgelern çıarılması, ooma le esp çn ön br flrelemedr ve böylece geresz yerlern aranması engellenmşr. Bu da le esp başarısını arıracaır. Yapılan çalışma, yürüülen SANTEZ projemzn br aşamasıdır, bundan sonra çalışmamızda elde dlen şüphel bölgeler üzernden, ooma olara le bölgesnn esp hedeflenmeedr. 6. Teşeür Yapılan çalışma, T.C. Blm, Sanay ve Tenoloj Baanlığı le AKGÜN Blgsayar Programları ve Hzmeler Sanay Tc. d. Ş. arafından deselenen ve gelşrlmee 48

10 olan DICOM Uyumlu Meme Kanser Karar Dese Ssem sml SANTEZ projemzn br aşamasıdır. 7. Kaynaça [1] Meme anser, hp://r.wpeda.org/w/meme_anser#ce_noe-1 as accessed: 12h Sepember [2] Do K. Compuer-aded dagnoss n medcal magng: hsorcal revew, curren saus and fuure poenal. Compuerzed Medcal Imagng and Graphcs, vol. 31, 2007; p [3] Wener BS, Edgar MD, Arsófanes CS, Anselmo CP, and Gaas M. Deecon of masses n mammogram mages usng CNN, geosasc funcons and SVM. Compuers n Bology and Medcne. vol. 41 (8), 2011; p [4] Eddaoud F, Regragu F, Mahmoud A, and amour N. Masses deecon usng svm classfer based on exures analyss. Appled Mahemacal Scences. vol. 5, no. 8, 2011; p [5] Samma H, m CP, and Samma A. A Compuer-aded deecon sysem for auomac mammography mass ıdenfcaon. ICONIP 2010, Par II, NCS 6444, Sprnger-Verlag Berln Hedelberg. 2010; p [6] Pharwaha APS, and Khehra BS. Shannon and Non-Shannon Measures of Enropy for Sascal Texure Feaure Exracon n Dgzed Mammograms. Proceedngs of he World Congress on Engneerng and Compuer Scence, WCECS 2009, vol. II. San Francsco, USA, [7] Unversy of Essec, Mamographc Image Analyss Socey. hp://pepa.essex.ac.u/pa/px/mas/ as accessed: 27h Augus [8] Khehra BS, and Pharwaha APS. Dgal mammogram segmenaon usng non-shannon measures of enropy. Proceedngs of he World Congress on Engneerng, WCE vol. II. ondon, U.K., [9] Mohanaln J, Kalra PK, and Kumar N. Fas communcaon: An auomac mehod o enhance mcrocalcfcaons usng Normalzed Tsalls enropy. Journal Sgnal Processng. vol.90, 2010; p Sorumlu Yazarın Adres Burçn KURT, Karadenz Ten Ünverses, Tıp Fa., Tıp Blşm AD. burcnnur@gmal.com. 49