Detección de nódulos pulmonares usando una representación profunda de localización en secuencia de tomografía computarizada(DEEPLL)

Los nódulos son el principal indicador de cáncer de pulmón, generalmente observados como masas anormales en estudios de tomografía computarizada (TC). Sin embargo, en la rutina clínica se reporta una baja y muy variable sensibilidad, reportando resultados que van desde el 30% al 97%. Esta variación...

Full description

Autores:
Hernaández Bautista, Jonathan Yesid
Villalba Roa, Dylan Yesid
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2023
Institución:
Universidad Industrial de Santander
Repositorio:
Repositorio UIS
Idioma:
spa
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/14255
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Palabra clave:
Tomografía computarizada
aprendizaje profundo
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cáncer.
Computed tomography
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cancer
Rights
openAccess
License
Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
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description Los nódulos son el principal indicador de cáncer de pulmón, generalmente observados como masas anormales en estudios de tomografía computarizada (TC). Sin embargo, en la rutina clínica se reporta una baja y muy variable sensibilidad, reportando resultados que van desde el 30% al 97%. Esta variación en la tarea de detección puede estar asociada a la variabilidad textural de los nódulos y a la subjetividad inherente a las observaciones de los expertos. A pesar de los múltiples enfoques para apoyar la detección de nódulos, la caracterización respectiva sigue siendo desafiante, especialmente para masas diminutas con sólo un 51% de sensibilidad. Este trabajo introduce una representación profunda YOLO multicanal que tiene la capacidad de localizar nódulos, representados a múltiples escalas en rutas de procesamiento independientes. El enfoque propuesto recupera cuadros delimitadores de diferentes rutas de procesamiento, localizando nódulos que pueden variar drásticamente en su tamaño. Además, en este trabajo se recuperan mapas de explicabilidad a partir de una eigen descomposición, que permite comparar las predicciones y reducir los falsos positivos. El enfoque propuesto se validó con respecto al conjunto de datos público LIDC, tomando nódulos con una mediana de acuerdo entre al menos tres radiólogos. En dicho conjunto de datos, el enfoque propuesto alcanzó un 88.01% de métrica de rendimiento competitivo (por sus siglas en inglés: CPM), y una sensibilidad del 93.64%.
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Esta variación en la tarea de detección puede estar asociada a la variabilidad textural de los nódulos y a la subjetividad inherente a las observaciones de los expertos. A pesar de los múltiples enfoques para apoyar la detección de nódulos, la caracterización respectiva sigue siendo desafiante, especialmente para masas diminutas con sólo un 51% de sensibilidad. Este trabajo introduce una representación profunda YOLO multicanal que tiene la capacidad de localizar nódulos, representados a múltiples escalas en rutas de procesamiento independientes. El enfoque propuesto recupera cuadros delimitadores de diferentes rutas de procesamiento, localizando nódulos que pueden variar drásticamente en su tamaño. Además, en este trabajo se recuperan mapas de explicabilidad a partir de una eigen descomposición, que permite comparar las predicciones y reducir los falsos positivos. El enfoque propuesto se validó con respecto al conjunto de datos público LIDC, tomando nódulos con una mediana de acuerdo entre al menos tres radiólogos. En dicho conjunto de datos, el enfoque propuesto alcanzó un 88.01% de métrica de rendimiento competitivo (por sus siglas en inglés: CPM), y una sensibilidad del 93.64%.PregradoIngeniero ElectrónicoNodules are the main indicator of lung cancer, generally observed as abnormal masses in computed tomography (CT) studies. However, in routine clinical practice, low and highly variable sensitivity is reported, with results ranging from 30% to 97%. This variation in the detection task may be associated with the textural variability of nodules and the inherent subjectivity of expert observations. Despite multiple approaches to support nodule detection, the respective characterization remains challenging, especially for tiny masses with only 51% sensitivity. This work introduces a deep YOLO multichannel representation that has the ability to locate nodules, represented at multiple scales in independent processing paths. The proposed approach retrieves bounding boxes from different processing paths, locating nodules that can vary drastically in size. In addition, this work recovers explanatory maps from an eigen decomposition, which makes it possible to compare predictions and reduce false positives. The proposed approach was validated against the public LIDC dataset, taking nodules with a median agreement between at least three radiologists. In that dataset, the proposed approach achieved 88.01% of competition performance metric (CPM), and a sensitivity of 93.64%.application/pdfspaUniversidad Industrial de SantanderFacultad de Ingeníerias FisicomecánicasIngeniería ElectrónicaEscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y TelecomunicacionesTomografía computarizadaaprendizaje profundonódulos pulmonareslocalizacióncáncer.Computed tomographydeep learningpulmonary noduleslocalizationcancerDetección de nódulos pulmonares usando una representación profunda de localización en secuencia de tomografía computarizada(DEEPLL)Detection of pulmonary nodules using deep localization rendering in computed tomography sequences (DEEPLL)Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bccehttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fORIGINALDocumento.pdfDocumento.pdfapplication/pdf3005878https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/099f3feb-ef2e-4b69-8ebc-5a6a19125a40/download8c6091f685ef938336d9659bb1b813f9MD51Carta de autorización.pdfCarta de autorización.pdfapplication/pdf626631https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/a4bbf906-8830-4944-8236-d671b45d8378/download84fea3aa5de2d6a7371de91ea00500acMD52Carta de autorización.pdfCarta de autorización.pdfapplication/pdf282043https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/30727146-5e76-4449-8d31-0ef375b18252/download36ba086fe5a8636451748d9dad58c9f2MD53Nota de proyecto.pdfNota de proyecto.pdfapplication/pdf514832https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/0e443ac5-1983-4cab-a65e-526cd6b1834f/download9aea9ff32a797d9c9464ce6ea371b72aMD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82237https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/e9a37b41-2080-48b7-b484-9ffe64b27052/downloadd6298274a8378d319ac744759540b71bMD5520.500.14071/14255oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/142552023-05-16 08:17:15.902http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessopen.accesshttps://noesis.uis.edu.coDSpace at UISnoesis@uis.edu.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