Aportaciones al diagnostico de cáncer asistido por ordenador

U NIVERSIDAD P OLITÉCNICA DE VALENCIA

Departamento de Sistemas Informáticos y
Computación
Borrador de Tesis
Mayo de 2006

Aportaciones al Diagnóstico de
Cáncer Asistido por Ordenador
Presentado por:

Rafael Llobet Azpitarte
Dirigido por los doctores:

D. Juan Carlos Pérez Cortés
D. Roberto Paredes Palacios

Aportaciones al Diagnóstico de Cáncer
Asistido por OrdenadorRafael Llobet Azpitarte

Trabajo realizado bajo la dirección de los Doctores
D. Juan Carlos Pérez Cortés
D. Roberto Paredes Palacios
y presentado en la Universidad Politécnica de Valencia
para optar al grado de Doctor en Informática

Valencia, 2006

Resumen
Para diagnosticar un cáncer se realiza, entre otras pruebas, algún test de imagen, como puede ser una radiografía, ecografía oresonancia magnética. Mediante
estos tests pueden detectarse zonas con alta sospecha tumoral, cuyo diagnóstico
debe confirmase finalmente mediante la realización de una biopsia. Este tipo de
imágenes, sin embargo, no son fáciles de interpretar, lo que provoca que el profesional encargado de analizarlas, a pesar de su experiencia, no sea capaz de detectar
en ellas un porcentaje importante de tumores(falsos negativos).
Una posibilidad para mejorar el diagnóstico y disminuir el número de falsos
negativos consiste en utilizar sistemas de diagnóstico asistido por ordenador o
computer-aided diagnosis (CAD). Un sistema de CAD analiza la imagen médica y trata de detectar zonas sospechosas de contener alguna anomalía. Estas zonas
son marcadas sobre la propia imagen con un doble objetivo: llamarla atención del
profesional encargado de analizarla hacia la zona sospechosa y aportar una segunda
opinión respecto al diagnóstico.
En esta tesis se presentan y evaluan diversas técnicas de visión por computador y reconocimiento de formas orientadas a la detección de tumores en imágenes
médicas, con el objetivo de diseñar sistemas de CAD que permitan un mejor diagnóstico. El trabajo se hacentrado en el diagnóstico de cáncer de próstata a partir de
imágenes de ecografía, y en el diagnóstico de cáncer de mama a partir de imágenes
de radiografía. Se han evaluado diversos métodos de extracción de características basados en la intensidad, frecuencia, texturas o en gradientes. En la etapa de
clasificación se ha utilizado un clasificador no paramétrico basado en distancias
(k-vecinosmás cercanos) y otro paramétrico basado en modelos de Markov. A lo
largo del trabajo se evidencian las distintas problemáticas que surgen en este tipo
de tareas y se proponen soluciones a cada una de ellas.
El diagnóstico de cáncer de próstata asistido por ordenador es una tarea extremadamente complicada y que ha sido muy poco estudiada. A pesar de las dificultades, se han obtenido resultados que,aunque modestos, demuestran que es
posible encontrar características en la imagen que discriminen entre tejido sano y
canceroso. El caso del CAD de cáncer de mama ha sido investigado con mayor
profundidad, y así lo demuestra el importante número de trabajos que han sido
publicados al respecto. Los resultados obtenidos en este trabajo han sido prometedores, e igualan o superan a otrosresultados publicados con anterioridad.
V

Índice general
1. Introducción
1.1. Motivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Objetivos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. Estructura de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2. Conceptos de reconocimiento de formas
2.1. Introducción al reconocimiento deformas . . . . . . . . . . . . .
2.1.1. Aproximación estadística . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2. Aproximación estructural . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3. Redes neuronales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.4. Esquema general de un sistema de RF inductivo supervisado
2.2. Aproximación estadística al reconocimiento de formas . . . . . .
2.2.1. Clasificación...