Ανάλυση χαρακτηριστικών περιεμμηνοπαυσιακού και μετεμμηνοπαυσιακού ενδομητρίου στη δισδιάστατη υπερηχοτομογραφία με χρήση τεχνικών ανάλυσης εικόνας

Abstract

Introduction: Cancer of the corpus uteri represents the fourth commonest neoplasm among European women and the tenth most common cause of death attributed to cancer. Irrespective whether the use of transvaginal ultrasonography (TVS) as a screening tool for detecting endometrial cancer in asymptomatic postmenopausal women is warranted, TVS dominates most diagnostic algorithms in assessing metrorrhagias to exclude this cancer. Alongside the potential benefits stemming from the integration of Saline Infusion Sonography) and Doppler modalities in endometrial imaging, gray scale TVS showed remarkable advances in the previous decades, largely attributed to the evolution in computer sciences. Following the introduction of multifrequency transvaginal probes and harmonic imaging, modern scanners are equipped with software options that enhance the resolution or the contrast between different structures, fine tune while assessing different types of tissue, implement different depth of focusing, transmit the ultrasonic beam in oblique directions to the acoustic window; all these features, in addition to de-speckle filters optimize the endometrial depiction, facilitating its assessment, even in the hands of moderately skilled operators. Double stripe endometrial thickness has illustrated a remarkable robustness over time as a quantitative indicator of endometrial cancer, especially in the presence of postmenopausal bleeding. The combined consideration of endometrial morphology and thickness has proven particularly beneficial, especially in the assessment of the 4-10 mm endometrial thickness “grey zone”, although the findings of the “morphologic” studies haven’t always been consistent. Given the importance of morphology in assessing endometrial tissue, and aiming to overcome the inherent subjectivity of the qualitative consideration of ultrasonic images, implementation of automated techniques assessing objective morphologic features such as “computerized texture analysis” would be beneficial. In digital images, texture reflects tonal (intensities of image pixels) and structural (spatial distribution of pixel intensities) properties. Texture analysis refers to algorithms that quantify texture content that may, or may not, be visually perceived. Since medical images capture various properties of biological structures, texture analysis of medical images can provide quantitative metrics relevant to structure, morphology and status of biological tissues. Texture based classification schemes have been successfully implemented in a variety of ultrasound applications. Computerized TVS assessment of endometrial morphology, has been applied mainly in assisted reproduction techniques; however, computerized texture analysis has not been implemented for diagnosing endometrial malignancies in grey scale TVS. The aim of this study is to investigate the feasibility of computerized texture analysis in characterizing endometrial tissue as depicted in 2D grey scale TVS images. Furthermore, we assess the effect of a wavelet-based image processing technique in the segmentation and subsequent characterization tasks of endometrial tissue. […]

Εισαγωγή: Για τις Ευρωπαίες γυναίκες ο καρκίνος του σώματος της μήτρας αποτελεί το τέταρτο συχνότερο νεόπλασμα και την δέκατη σε σειρά αιτία θανάτου από καρκίνο. Ανεξάρτητα από το εάν η διακολπική υπερηχογραφία (TVS) αποτελεί δόκιμο μέσο διαλογής (screening) για την ανίχνευση ενδομητρικού καρκίνου σε ασυμπτωματικές μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες, εντούτοις κυριαρχεί στους διαγνωστικούς αλγόριθμους διερεύνησης κάθε μητρορραγίας προς αποκλεισμό του καρκίνου αυτού. Παράλληλα με τα πιθανά οφέλη από την ενσωμάτωση τεχνικών Υπερηχοϋστερογραφίας (SIS) και Doppler στην ενδομητρική απεικόνιση, η δισδιάστατη “gray scale” διακολπική υπερηχογραφία οφείλει μεγάλο μέρος της προόδου της στην ώθηση από τις εξελίξεις της τεχνολογίας. Μετά την εισαγωγή των διακολπικών ηχοβολέων πολλαπλών συχνοτήτων (multifrequency) και της “αρμονικής” (harmonic) απεικόνισης, τα σύγχρονα υπερηχογραφικά μηχανήματα διαθέτουν επιλογές λογισμικού για ενίσχυση της ανάλυσης της αντίθεσης δομών, λεπτών ρυθμίσεων για εξέταση διαφορετικών τύπων ιστών, πολλαπλού εύρους εστίασης, μετάδοσης της δέσμης σε πλάγια διεύθυνση ως προς το ακουστικό παράθυρο, κ.α. Τα παραπάνω, καθώς και φίλτρα μείωσης του θορύβου βελτιστοποιούν την απεικόνιση του ενδομητρίου διευκολύνοντας την αποτίμησή του, ακόμη και στα χέρια άπειρων εξεταστών. Το πάχος της διπλής ενδομητρικής στιβάδας αποτελεί ιστορικά τον πλέον αδιαμφισβήτητο ποσοτικό δείκτη ενδομητρικού καρκίνου, ειδικά στην παρουσία μετεμμηνοπαυσιακής μητρορραγίας. Η συνδυασμένη μελέτη της ενδομητρικής μορφολογίας και πάχους παρέχει περισσότερες πληροφορίες, ειδικά στην αποτίμηση της “γκρίζας ζώνης” των 4-10 χιλιοστών ενδομητρικού πάχους, αν και τα ευρήματα των “μορφολογικών” αυτών μελετών δεν υπήρξαν πάντα σταθερά. Με δεδομένη τη σημασία της μορφολογίας στην αποτίμηση του ενδομητρικού ιστού, και αποσκοπώντας στην υπέρβαση του υποκειμενικού χαρακτήρα της ποιοτικής εκτίμησης της υπερηχογραφικής εικόνας, θα ήταν χρήσιμη η εφαρμογή αυτοματοποιημένων τεχνικών που αξιολογούν αντικειμενικά μορφολογικά χαρακτηριστικά, όπως η υποβοηθούμενη από υπολογιστή ανάλυση υφής, (“computerized texture analysis”). Στις ψηφιακές εικόνες, η υφή αντικατοπτρίζει τονικές (ένταση των εικονοστοιχείων) και δομικές (χωρική κατανομή της έντασης των εικονοστοιχείων) ιδιότητες. Η “ανάλυση υφής” αναφέρεται σε αλγόριθμους που ποσοτικοποιούν περιεχόμενο και στοιχεία υφής που πιθανόν, ή όχι, να γίνονται αντιληπτά με το γυμνό μάτι. Δεδομένου ότι στην ιατρική απεικόνιση οι εικόνες περιλαμβάνουν πολλαπλές ιδιότητες των βιολογικών δομών, η ανάλυση υφής των εικόνων αυτών παρέχει ποσοτικές πληροφορίες σχετικές με τα χαρακτηριστικά, τη μορφολογία και τις ιδιότητες των δομών αυτών. Σχήματα ταξινόμησης στηριζόμενα στην υφή έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε ποικιλία υπερηχογραφικών εφαρμογών. Η βασισμένη σε υπολογιστή αποτίμηση εικόνων του ενδομητρίου έχει βρει κυρίως εφαρμογή στη Υποβοηθούμενη Αναπαραγωγή, αλλά δεν έχει χρησιμοποιηθεί για τη διάγνωση ενδομητρικών κακοηθειών στην δισδιάστατη υπερηχογραφία. Σκοπός της διδακτορικής αυτής διατριβής είναι η αξιολόγηση του εφικτού της υποβοηθούμενης από υπολογιστή ανάλυσης υφής του ενδομητρικού ιστού όπως απεικονίζεται σε δισδιάστατες “gray scale” υπερηχογραφικές εικόνες. Περαιτέρω, διερευνήθηκε το αποτέλεσμα μιας τεχνικής επεξεργασίας βασισμένης σε μετασχηματισμό κυματίου (wavelet) στη διαδικασία τμηματοποίησης και χαρακτηρισμού του ενδομητρικού ιστού. […]