Un modelo de representación profunda para clasificar grados de Gleason de cáncer de próstata
Date
2022-09-07
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Publisher
Universidad Industrial de Santander
Abstract
El análisis de imágenes histopatológicas es el método más preciso para caracterizar, diagnosticar y cuantificar los estadios del cáncer. La escala de Gleason es el estándar de oro, en la rutina clínica, para estratificar la agresividad de la enfermedad, lo que permite a los patólogos ponderar segmentos de imágenes de acuerdo con la disposición arquitectónica y morfológica de las células cancerosas. No obstante, esta tarea es altamente subjetiva, variable y depende en gran medida de la experticia y experiencia de los patólogos, lo que afecta el diagnóstico de la enfermedad. Por ejemplo, estudios recientes informan un nivel de discordancia entre 41 patólogos de hasta 0,45 en términos del valor kappa en un conjunto de 38 imágenes. Recientemente, los modelos de aprendizaje profundo han surgido como una alternativa para clasificar y apoyar las tareas de estratificación del cáncer, siguiendo el sistema de Gleason. Sin embargo, estos modelos siguen estando limitados para aprender la complejidad de los patrones histológicos observados debido a la alta variabilidad para representar cada grado de cáncer, con una marcada superposición de representación entre clases. Además, las representaciones pueden estar sesgadas a un observador específico, y las muestras de entrenamiento pueden resultar limitadas con un desequilibrio de clase inherente, presente en escenarios clínicos. Este trabajo presenta un enfoque de aprendizaje multitarea para representar las relaciones intra e inter-Gleason de las muestras más desafiantes, siguiendo dos ramas: una pérdida de tripletas y una entropía cruzada condicionada. En tal sentido, el enfoque propuesto usa una métrica de distancia de tripletas semidifícil como tarea principal para abordar la estratificación de Gleason, entrenada con parches positivos y negativos desafiantes en un nivel particular de Gleason. Luego, se propuso aquí una tarea auxiliar para regularizar el espacio embebido, que permitiera lidiar con la alta inter e intra-apariencia de los cuatro grados, considerados en la estratificación de Gleason. Como regularizador, el enfoque propuesto utiliza una regla de entropía cruzada. El enfoque propuesto se validó en un conjunto de datos públicos con 886 microarreglos de tejido, que en el subconjunto de prueba fue delineado de forma independiente por dos uropatólogos expertos, de acuerdo con el sistema de clasificación de Gleason. El enfoque propuesto logra una clasificación general de exactitud promedio de 66% y 64%, para dos expertos sin diferencia estadística. Además, el enfoque propuesto logró una exactitud promedio del 73% en parches en los que ambos patólogos estaban de acuerdo, lo que demuestra la robustes de los patrones que aprenden del enfoque.
Description
Keywords
Cáncer de próstata, Aprendizaje profundo, Representaciones embebidas, Puntuaciones de Gleason