Araştırma Makalesi

Histopatoloji Görüntülerde Derin Öğrenme Yöntemleri ile Çekirdek Segmentasyonu

30 Kasım 2020
PDF İndir
TR EN

Histopatoloji Görüntülerde Derin Öğrenme Yöntemleri ile Çekirdek Segmentasyonu

Öz

Histopatoloji organlar, dokular ve hücreler üzerinde oluşan değişikliklerin mikroskop üzerinde incelenmesidir. İncelenmesi gereken dokular, mikro kesiciler tarafından incelenmeye uygun kalınlıkta kesilmektedir. Kesilen dokulara bazı boyama teknikleri uygulanmaktadır. Hematoksilin-Eozin(H&E) yöntemi, en yaygın kullanılan boyama tekniğidir. Hematoksilin, hücre çekirdeklerini mavi tonlarına, eozin ise sitozplazmaları pembe tonlarına boyamaktadır. Boyanan kesitler, uzman tarafından değerlendirilmektedir. Histopatoloji görüntüleri kanser hastalığının tespiti ve kanser durumunun derecelendirilmesi için oldukça önemli rol oynamaktadır. Bu görüntülerdeki çekirdeklerin daha kolay ve başarılı analiz edilmesi için literatürde birçok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalar son zamanlarda derin öğrenmenin semantik segmentasyon alanına odaklanmış ve ilgili yöntemlerle umut verici sonuçlar elde edilmiştir. Her ne kadar çekirdek segmentasyon alanında derin öğrenme yöntemleriyle çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiş olsa da ilgili derin öğrenme mimarilerinin birbiriyle karşılaştırmalı analizini gerçekleştiren kapsamlı bir çalışma literatürde bulunmamaktadır. Bu çalışmada popüler derin öğrenme yöntemlerinden olan U-Net, SegNet, FCN ve DeepLabV3+ olmak üzere dört farklı mimari, çekirdek segmentasyonuna uygulanıp ve gerekli analizler yapılarak en fazla faydayı sağlayan mimariyi ortaya çıkartmak amaçlanmıştır. Çalışmada uygulanan genel çekirdek segmentasyonu metodolojisi üç aşamadan oluşmaktadır: 1) Görüntü verileri eğitilmeden önce CLAHE algoritması ile ön işlemden geçirilip daha kaliteli görüntüler elde edilmeye çalışılmıştır; 2) CLAHE algoritması ile ön işlemden geçirilen görüntü verileri kullanılarak ilgili derin öğrenme mimarisi ile eğitilmiştir; 3) Eğitilen model test görüntüleri üzerinde global doğruluk ve ortalama IOU gibi kriterler kullanılarak geçerleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar için içerisinde birden fazla organın histopatoloji görüntülerini bulunduran MoNuSeg veri seti kullanılmıştır. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalar sonucunda, DeepLabV3+ mimarisi diğer mimarilere oranla çok daha kısa sürede işlemini tamamlamış ve diğer mimarilerden gözle görülür ölçülde daha iyi performans elde etmiştir.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

  1. Badrinarayanan, V., Kendall, A., & Cipolla, R. (2017). SegNet: A Deep Convolutional Encoder-Decoder Architecture for Image Segmentation. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 39(12), 2481–2495. https://doi.org/10.1109/TPAMI.2016.2644615
  2. Chen, L. C., Papandreou, G., Kokkinos, I., Murphy, K., & Yuille, A. L. (2015). DeepLab: Semantic Image Segmentation with Deep Convolutional Nets, Atrous Convolution, and Fully Connected CRFs. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 40(4), 834–848. https://doi.org/10.1109/TPAMI.2017.2699184
  3. Chen, L. C., Zhu, Y., Papandreou, G., Schroff, F., & Adam, H. (2018). Encoder-decoder with atrous separable convolution for semantic image segmentation. Lecture Notes in Computer Science (Including Subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 11211 LNCS, 833–851. https://doi.org/10.1007/978-3-030-01234-2_49
  4. Derraz, F., Beladgham, M., & Khelif, M. (2004). Application of active contour models in medical image segmentation. International Conference on Information Technology: Coding Computing, ITCC, 2, 675–681. https://doi.org/10.1109/ITCC.2004.1286732
  5. Garcia-Garcia, A., Orts-Escolano, S., Oprea, S., Villena-Martinez, V., & Garcia-Rodriguez, J. (2017). A Review on Deep Learning Techniques Applied to Semantic Segmentation. 1–23. http://arxiv.org/abs/1704.06857
  6. Jia, Z., Huang, X., Chang, E. I. C., & Xu, Y. (2017). Constrained Deep Weak Supervision for Histopathology Image Segmentation. IEEE Transactions on Medical Imaging, 36(11), 2376–2388. https://doi.org/10.1109/TMI.2017.2724070
  7. Kumar, N., Verma, R., Anand, D., Zhou, Y., Onder, O. F., Tsougenis, E., Chen, H., Heng, P. A., Li, J., Hu, Z., Wang, Y., Koohbanani, N. A., Jahanifar, M., Tajeddin, N. Z., Gooya, A., Rajpoot, N., Ren, X., Zhou, S., Wang, Q., … Sethi, A. (2020). A Multi-Organ Nucleus Segmentation Challenge. IEEE Transactions on Medical Imaging, 39(5), 1380–1391. https://doi.org/10.1109/TMI.2019.2947628
  8. Kumar, N., Verma, R., Sharma, S., Bhargava, S., Vahadane, A., & Sethi, A. (2017). A Dataset and a Technique for Generalized Nuclear Segmentation for Computational Pathology. IEEE Transactions on Medical Imaging, 36(7), 1550–1560. https://doi.org/10.1109/TMI.2017.2677499

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yayımlanma Tarihi

30 Kasım 2020

Gönderilme Tarihi

1 Kasım 2020

Kabul Tarihi

7 Kasım 2020

Yayımlandığı Sayı

Yıl 1970

Kaynak Göster

APA
Menteşe, E., & Hançer, E. (2020). Histopatoloji Görüntülerde Derin Öğrenme Yöntemleri ile Çekirdek Segmentasyonu. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 95-102. https://doi.org/10.31590/ejosat.819409

Cited By