Item


An approach to melanoma classification exploiting polarization information

Malignant melanoma is the deadliest of skin cancers and causes the majority of deaths incomparison to other skin-related malignancies. Yet it is the most treatable type of cancer,thanks to its early diagnosis. Subsequently, early diagnosis is crucial for patient survival rate and numerous Computer-Aided Diagnosis (CAD) systems have been proposed by the research community to assist dermatologists in early diagnosis. These systems are based on the most common skin imaging modality, cross-polarized dermoscopy. Cross-polarized dermoscopes (PD) allow for the visualization of the subsurface anatomic structure of the epidermis and papillary dermis and eliminate the specular reflection of the surface. Although this modality has been used extensively, the full potential of polarized measurements has not been realized in the field of skin imaging. This research first extensively analyzes different aspects of the automated classification of pigmented skin lesions (PSLs) and proposes a CAD system for automatic recognition of melanoma lesions based on the PD images. The proposed CAD system is evaluated over extensive experiments on two dermoscopic datasets. Later for further investigation of polarized imaging, a novel partial Stokes polarimeter system is proposed. This system is able to acquire polarized images of in-vivo PSLs and capture the epidermis and superficial dermal layers, where skin lesions are often originated. The polarized and dermoscopy properties of the acquired images are then analyzed to propose a new CAD system based on image polarimetry. The initial tests with the first prototype of Stokes polarimeter revealed the potential and benefits of such systems for providing additional information beyond RGB images acquired with PDdevices. In order to acquire a wider clinical dataset and identify the drawbacks of the firstprototype, this device is currently being used in the Melanoma Unit at the Clinic Hospital ofBarcelona.

El melanoma maligne és el més mortal dels càncers de pell i provoca la majoria de les morts en comparació amb altres tumors malignes relacionats amb la pell. No obstant això, és el tipus més tractable de càncer, gràcies al seu diagnòstic precoç. Per tant, el diagnòstic precoç és crucial per a la supervivència dels pacients. Nombrosos sistemes de diagnòstic assistit per ordinador (CAD, de l’anglés Computer Aided Diagnosis) han estat proposats per la comunitat investigadora per ajudar als dermatòlegs en el diagnósstic precoç. Aquests sistemes es basen en la modalitat més emprada d’adquisició d’imatges de pell, la dermatoscòpia de polarització creuada (PD, de l’angl`es Polarized Dermatoscopy). La dermatoscòpia de polarització creuada permet la visualització de l’estructura anatòmica del subsòl de l’epidermis i la dermis papil·lar, eliminant les reflexions especulars de la superfíıcie. Tot i que aquesta modalitat ha estat utilitzada àmpliament, no tot el potencial de les mesures polaritzades ha estat aprofitat en el camp de la imatge de pell. Aquest treball de recerca analitza, en primer lloc, diversos aspectes de la classificació automatitzada de les lesions cutànies pigmentades (PSLs, de l’anglès Pigmented Skin Lesions) i proposa un sistema CAD per al reconeixement automàtic de lesions de melanoma en base a les imatges de PD. El sistema CAD proposat es va avaluar en el transcurs d’extensos experiments en dos conjunts de dades dermatoscòpiques. Posteriorment, en una investigació més extensa pel que fa a la formació d’imatges polaritzades, es proposa un nou sistema de partial Stokes polarimeter. Aquest sistema és capaç d’adquirir imatges polaritzades dels PSLs en viu, capturant l’epidermis i les capes d´ermiques superficials, on sovint s’originen les lesions de la pell. Les propietats de polarització i dermoscopia de la imatge són analitzades a continuació, proposant un nou sistema CAD basat en la imatge de polarimetria. Les proves inicials, amb el primer prototip d’Stokes polarimeter, han revelat el potencial i els beneficis de tals sistemes per proporcionar informació addicional més enllà de les imatges RGB adquirides amb dispositius PD. Per tal d’adquirir un conjunt de dades clíniques més ampli i identificar els inconvenients del primer prototip, aquest dispositiu s’està utilitzant actualment a la Unitat de Melanoma de l’Hospital Clínic de Barcelona.

Universitat de Girona

Manager: García Campos, Rafael
Marzani, Frank
Morel, Olivier
Other contributions: Universitat de Girona. Departament d’Arquitectura i Tecnologia de Computadors
Author: Rastgoo, Mojdeh
Abstract: Malignant melanoma is the deadliest of skin cancers and causes the majority of deaths incomparison to other skin-related malignancies. Yet it is the most treatable type of cancer,thanks to its early diagnosis. Subsequently, early diagnosis is crucial for patient survival rate and numerous Computer-Aided Diagnosis (CAD) systems have been proposed by the research community to assist dermatologists in early diagnosis. These systems are based on the most common skin imaging modality, cross-polarized dermoscopy. Cross-polarized dermoscopes (PD) allow for the visualization of the subsurface anatomic structure of the epidermis and papillary dermis and eliminate the specular reflection of the surface. Although this modality has been used extensively, the full potential of polarized measurements has not been realized in the field of skin imaging. This research first extensively analyzes different aspects of the automated classification of pigmented skin lesions (PSLs) and proposes a CAD system for automatic recognition of melanoma lesions based on the PD images. The proposed CAD system is evaluated over extensive experiments on two dermoscopic datasets. Later for further investigation of polarized imaging, a novel partial Stokes polarimeter system is proposed. This system is able to acquire polarized images of in-vivo PSLs and capture the epidermis and superficial dermal layers, where skin lesions are often originated. The polarized and dermoscopy properties of the acquired images are then analyzed to propose a new CAD system based on image polarimetry. The initial tests with the first prototype of Stokes polarimeter revealed the potential and benefits of such systems for providing additional information beyond RGB images acquired with PDdevices. In order to acquire a wider clinical dataset and identify the drawbacks of the firstprototype, this device is currently being used in the Melanoma Unit at the Clinic Hospital ofBarcelona.
El melanoma maligne és el més mortal dels càncers de pell i provoca la majoria de les morts en comparació amb altres tumors malignes relacionats amb la pell. No obstant això, és el tipus més tractable de càncer, gràcies al seu diagnòstic precoç. Per tant, el diagnòstic precoç és crucial per a la supervivència dels pacients. Nombrosos sistemes de diagnòstic assistit per ordinador (CAD, de l’anglés Computer Aided Diagnosis) han estat proposats per la comunitat investigadora per ajudar als dermatòlegs en el diagnósstic precoç. Aquests sistemes es basen en la modalitat més emprada d’adquisició d’imatges de pell, la dermatoscòpia de polarització creuada (PD, de l’angl`es Polarized Dermatoscopy). La dermatoscòpia de polarització creuada permet la visualització de l’estructura anatòmica del subsòl de l’epidermis i la dermis papil·lar, eliminant les reflexions especulars de la superfíıcie. Tot i que aquesta modalitat ha estat utilitzada àmpliament, no tot el potencial de les mesures polaritzades ha estat aprofitat en el camp de la imatge de pell. Aquest treball de recerca analitza, en primer lloc, diversos aspectes de la classificació automatitzada de les lesions cutànies pigmentades (PSLs, de l’anglès Pigmented Skin Lesions) i proposa un sistema CAD per al reconeixement automàtic de lesions de melanoma en base a les imatges de PD. El sistema CAD proposat es va avaluar en el transcurs d’extensos experiments en dos conjunts de dades dermatoscòpiques. Posteriorment, en una investigació més extensa pel que fa a la formació d’imatges polaritzades, es proposa un nou sistema de partial Stokes polarimeter. Aquest sistema és capaç d’adquirir imatges polaritzades dels PSLs en viu, capturant l’epidermis i les capes d´ermiques superficials, on sovint s’originen les lesions de la pell. Les propietats de polarització i dermoscopia de la imatge són analitzades a continuació, proposant un nou sistema CAD basat en la imatge de polarimetria. Les proves inicials, amb el primer prototip d’Stokes polarimeter, han revelat el potencial i els beneficis de tals sistemes per proporcionar informació addicional més enllà de les imatges RGB adquirides amb dispositius PD. Per tal d’adquirir un conjunt de dades clíniques més ampli i identificar els inconvenients del primer prototip, aquest dispositiu s’està utilitzant actualment a la Unitat de Melanoma de l’Hospital Clínic de Barcelona.
Document access: http://hdl.handle.net/2072/297975
Language: eng
Publisher: Universitat de Girona
Rights: ADVERTIMENT. L’accés als continguts d’aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d’investigació i docència en els termes establerts a l’art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l’autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s’autoritza la seva reproducció o altres formes d’explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d’un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s’autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
Subject: Tesis i dissertacions acadèmiques
Melanoma
Polarized dermatoscopy
Dermatoscòpia de polarització
Dermatoscopia de polarización
Image processing
Processament d’imatges
Procesamiento de imágenes
Pigmented skin lesions
Lesions cutànies pigmentades
Lesiones cutáneas pigmentadas
004 - Informàtica
616 - Patologia. Medicina clínica. Oncologia
616.5 - Pell. Dermatologia clínica
Title: An approach to melanoma classification exploiting polarization information
Type: info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Repository: Recercat

Subjects

Authors


Warning: Unknown: write failed: No space left on device (28) in Unknown on line 0

Warning: Unknown: Failed to write session data (files). Please verify that the current setting of session.save_path is correct (/var/lib/php5) in Unknown on line 0