Η συμβολή μεθοδολογιών λήψης απόφασης στην αύξηση της διαγνωστικής ακρίβειας της κυτταρολογίας ενδομητρίου

Abstract

Aim: Objective of this study is to investigate the potential of a computerized system ofclassification and regression trees (CARTs) for the discrimination of benign frommalignant endometrial nuclei and lesions.Methods: 228 histologically confirmed liquid based cytological smears were collected,specifically: 117 benign cases, 66 malignant cases, 37 hyperplasias without atypiaand 8 cases of hyperplasia with atypia.From each case we measured about 100 nuclei using an image analysis system, intotal we collected 22.783 nuclei and we extracted nuclear morphometric featuresusing a custom image analysis system. Initially we performed feature selection andsubsequently we applied a logistic regression model that classified each nucleus asbenign or malignant. Based on the results of nucleus classification process weconstructed an algorithm to discriminate endometrium cases as benign or malignant.The nuclei from 50% of the cases (the training set) were used to construct a CARTmodel that was used for knowledge extraction. The nuclei from the remaining cases(test set) were used to evaluate the stability and performance of the CART onunknown data. Based on the results of the CART for nuclei classification we proposedtwo classification methods to discriminate cases as benign or malignant.Results: The logistic regression system had an overall accuracy for the classificationof endometrial nuclei equal to 83.02%, specificity 85.09% and sensitivity 77.01%. Forthe case classification the overall accuracy was 92.98%, specificity 92.86% andsensitivity 93.24%.The CART model had an overall accuracy for the classification of endometrial nuclei equal to 85%, specificity 90.68% and sensitivity 72.05%. Both methods for cases classification had similar performance: overall accuracy in the range 94-95%, specificity 95% and sensitivity 91-94%.Conclusion: The proposed computerized system can be applied for the classification of endometrial nuclei and lesions as outperformed the standard cytological diagnosis. This study highlights interesting diagnostic features of endometrial nuclear morphology and the proposed method can be a useful tool in the everyday practice of the cytological laboratory.

Σκοπός: Στόχος της παρούσας μελέτης είναι να διερευνήσει τις δυνατότητες μεθοδολογιών λήψης απόφασης, όπως η λογιστική παλινδρόμηση και τα δένδρα ταξινόμησης (CARTs) στη διάκριση των καλοήθων από κακοήθων αλλοιώσεων του ενδομητρίου.Υλικό - Μέθοδοι: Χρησιμοποιήθηκαν 228 κυτταρολογικά επιχρίσματα ενδομητρίου με ιστολογική επιβεβαίωση της διάγνωσης, και συγκεκριμένα: 117 καλοήθεις περιπτώσεις, 66 κακοήθεις, 37 υπερπλασίες χωρίς ατυπία και 8 περιπτώσεις υπερπλασίας με ατυπία. Από κάθε περίπτωση μετρήσαμε περίπου 100 πυρήνες χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ανάλυσης εικόνας και συνολικά συλλέξαμε 22.783 πυρήνες και εξάγαμε μορφομετρικά πυρηνικά χαρακτηριστικά, χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ανάλυσης προσαρμοσμένης εικόνας. Αρχικά πραγματοποιήθηκε επιλογή χαρακτηριστικών και στη συνέχεια εφαρμόσαμε ένα μοντέλο λογιστικής παλινδρόμησης που ταξινομούσε κάθε πυρήνα ως καλοήθη ή κακοήθη. Με βάση τα αποτελέσματα της διαδικασίας ταξινόμησης πυρήνα κατασκευάσαμε έναν αλγόριθμο για να τεθεί η τελική διάγνωση καλοήθειας ή κακοήθειας.Για τα δένδρα ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκαν πυρήνες από το 50% των περιπτώσεων (σύνολο εκπαίδευσης) για να κατασκευαστεί ένα μοντέλο δένδρο, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την παροχή γνώσης. Οι πυρήνες από τις υπόλοιπες περιπτώσεις (σετ δοκιμής) χρησιμοποιήθηκαν για να αξιολογηθεί η σταθερότητα και η απόδοση του CART σε άγνωστα δεδομένα. Με βάση τα αποτελέσματα του CART γίνεται επίσης η διάκριση των περιπτώσεων σε καλοήθεις ή κακοήθεις.Αποτελέσματα: Το σύστημα λογιστικής παλινδρόμησης είχε μια συνολική ακρίβεια για την κατάταξη των πυρήνων του ενδομητρίου 83.02%, 85.09% ειδικότητα και ευαισθησία 77.01%. Για την κατάταξη περιπτώσεων, η συνολική ακρίβεια ήταν 92.98%, 92.86% ειδικότητα και ευαισθησία 93.24%.Το μοντέλο CART είχε μια συνολική ακρίβεια για την κατάταξη των πυρήνων του ενδομητρίου 85%, ειδικότητα 90.68% και 72.05% ευαισθησία. Και οι δύο μέθοδοι ταξινόμησης για τις περιπτώσεις είχαν παρόμοια απόδοση: συνολική ακρίβεια της τάξεως 94-95%, ειδικότητα 95% και ευαισθησία 91-94%.Συμπέρασμα: Τα προτεινόμενα συστήματα πληροφορικής μπορεί να εφαρμοστούν για την κατάταξη των πυρήνων του ενδομητρίου και καλοήθων ή κακόηθων περιπτώσεων. Η μελέτη αυτή αναδεικνύει ενδιαφέροντα διαγνωστικά χαρακτηριστικά του ενδομητρίου πυρηνική μορφολογία και η προτεινόμενη μέθοδος μπορεί να αποτελέσει χρήσιμο εργαλείο στην καθημερινή πρακτική του εργαστηρίου κυτταρολογικών.