Image processing and analysis methodology development on ultrasound elastography images for chronic liver disease staging

The liver is one of the most important glands in the human body as it has a wide range of functions including detoxification, protein synthesis and the production of biochemicals necessary for the digestion of food. Liver failure is a disease which, if it reaches its final stage, can result in the...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Σύρμας, Ευστράτιος
Άλλοι συγγραφείς: Syrmas, Efstratios
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/16034
id nemertes-10889-16034
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Elastography
Chronic liver disease
Deep learning
Image analysis
Ελαστογραφία
Χρόνια ηπατική νόσος
Βαθιά μάθηση
Ανάλυση εικόνας
spellingShingle Elastography
Chronic liver disease
Deep learning
Image analysis
Ελαστογραφία
Χρόνια ηπατική νόσος
Βαθιά μάθηση
Ανάλυση εικόνας
Σύρμας, Ευστράτιος
Image processing and analysis methodology development on ultrasound elastography images for chronic liver disease staging
description The liver is one of the most important glands in the human body as it has a wide range of functions including detoxification, protein synthesis and the production of biochemicals necessary for the digestion of food. Liver failure is a disease which, if it reaches its final stage, can result in the death of the patient. For this reason, various methods have been developed where we can locate the situation. These are biopsy, blood tests and also imaging techniques, namely ultrasound and MRI scans. Although biopsy is the most valid method of diagnosis, it is an invasive method which makes it to some extent a deterrent due to its cost and also due to complications that may arise. Although blood tests are an invasive and non-costly method, the results of blood tests cannot reflect the degree of fibrosis of the liver. Imaging methods in combination with automated diagnostic systems are the most cost-effective and cost-neutral method at the present time. The aim of this work is first to process elastography images and then to use them in a deep learning network in order to categorize the stage of fibrosis the patient is in and to compare this network with the physician's estimates. The elastographic image obtained consists of RGB values where values close to red indicate high stiffness while values close to blue indicate low stiffness. The first step was to map these values and convert them into values expressing the stiffness in kPa. Then after having collected a sufficient sample of patients (200) in different stages of chronic hepatopathy, then a deep learning network is used to categorize the patients. The accuracy of the system is evaluated and then the results are compared with the physician's diagnosis using the biopsy as a reference.
author2 Syrmas, Efstratios
author_facet Syrmas, Efstratios
Σύρμας, Ευστράτιος
author Σύρμας, Ευστράτιος
author_sort Σύρμας, Ευστράτιος
title Image processing and analysis methodology development on ultrasound elastography images for chronic liver disease staging
title_short Image processing and analysis methodology development on ultrasound elastography images for chronic liver disease staging
title_full Image processing and analysis methodology development on ultrasound elastography images for chronic liver disease staging
title_fullStr Image processing and analysis methodology development on ultrasound elastography images for chronic liver disease staging
title_full_unstemmed Image processing and analysis methodology development on ultrasound elastography images for chronic liver disease staging
title_sort image processing and analysis methodology development on ultrasound elastography images for chronic liver disease staging
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/16034
work_keys_str_mv AT syrmaseustratios imageprocessingandanalysismethodologydevelopmentonultrasoundelastographyimagesforchronicliverdiseasestaging
AT syrmaseustratios anaptyxēmethodōnepexergasiaskaianalysēsyperēchographikēselastographikēseikonasgiatēstadiopoiēsētēschroniasēpatopatheias
_version_ 1771297156959830016
spelling nemertes-10889-160342022-09-05T05:38:45Z Image processing and analysis methodology development on ultrasound elastography images for chronic liver disease staging Ανάπτυξη μεθόδων επεξεργασίας και ανάλυσης υπερηχογραφικής ελαστογραφικής εικόνας για τη σταδιοποίηση της χρόνιας ηπατοπάθειας Σύρμας, Ευστράτιος Syrmas, Efstratios Elastography Chronic liver disease Deep learning Image analysis Ελαστογραφία Χρόνια ηπατική νόσος Βαθιά μάθηση Ανάλυση εικόνας The liver is one of the most important glands in the human body as it has a wide range of functions including detoxification, protein synthesis and the production of biochemicals necessary for the digestion of food. Liver failure is a disease which, if it reaches its final stage, can result in the death of the patient. For this reason, various methods have been developed where we can locate the situation. These are biopsy, blood tests and also imaging techniques, namely ultrasound and MRI scans. Although biopsy is the most valid method of diagnosis, it is an invasive method which makes it to some extent a deterrent due to its cost and also due to complications that may arise. Although blood tests are an invasive and non-costly method, the results of blood tests cannot reflect the degree of fibrosis of the liver. Imaging methods in combination with automated diagnostic systems are the most cost-effective and cost-neutral method at the present time. The aim of this work is first to process elastography images and then to use them in a deep learning network in order to categorize the stage of fibrosis the patient is in and to compare this network with the physician's estimates. The elastographic image obtained consists of RGB values where values close to red indicate high stiffness while values close to blue indicate low stiffness. The first step was to map these values and convert them into values expressing the stiffness in kPa. Then after having collected a sufficient sample of patients (200) in different stages of chronic hepatopathy, then a deep learning network is used to categorize the patients. The accuracy of the system is evaluated and then the results are compared with the physician's diagnosis using the biopsy as a reference. Το ήπαρ αποτελεί ένα από τους σημαντικότερους αδένες του ανθρωπίνου οργανισμού καθώς έχει ένα ευρύ φάσμα λειτουργιών στο οποίο περιλαμβάνεται η αποτοξίνωση, η σύνθεση πρωτεϊνών και η παραγωγή βιοχημικών ουσιών απαραίτητων για την πέψη των τροφών. Η Χρόνια Ηπατίτιδα είναι μια ασθένεια η οποία αν δεν αντιμετωπιστεί, καταλήγει στο τελικό της στάδιο, την κίρρωση που οδηγεί σε ηπατική ανεπάρκεια, ηπατοκυτταρικό καρκίνωμα και θάνατο. Είναι σημαντικό λοιπόν να γίνει έγκαιρη διάγνωση και ανίχνευση του σταδίου εξελίξεως της νόσου. Για αυτό τον λόγο έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι με τις οποίες μπορούμε να ανιχνεύσουμε την κατάσταση που βρίσκεται. Αυτές είναι η βιοψία, οι εξετάσεις αίματος αλλά και οι απεικονιστικές μέθοδοι , όπως οι υπέρηχοι και οι μαγνητικές τομογραφίες. Παρόλο που η βιοψία είναι η πιο έγκυρη μέθοδος διάγνωσης αποτελεί μια επεμβατική μέθοδο γεγονός που την καθιστά σε ένα βαθμό αποτρεπτική λόγω κόστους αλλά και λόγω επιπλοκών που ενδέχεται να προκύψουν. Οι αιματολογικές εξετάσεις είναι μεν μη κοστοβόρα αλλά είναι μια επεμβατική μέθοδος και τα αποτελέσματα της δεν μπορούν να αποτυπώσουν τον βαθμό ινώσεως που βρίσκεται το ήπαρ. Οι απεικονιστικές μέθοδοι σε συνδυασμό με αυτόματα διαγνωστικά συστήματα αποτελούν την πιο ακριβή, μη επεμβατική και μη κοστοβόρο μέθοδο την δεδομένη χρονική περίοδο. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι αρχικά η επεξεργασία εικόνων ελαστογραφίας και μετέπειτα η χρήση τους σε ένα deep learning δίκτυο προκειμένου να γίνεται κατηγοριοποίηση του σταδίου της Χρόνιας Ηπατίτιδας στο οποίο βρίσκεται ο ασθενής και η σύγκριση αυτού του δικτύου με τις εκτιμήσεις του ιατρού. Η ελαστογραφική εικόνα που λαμβάνουμε αποτελείται από τιμές RGB όπου οι τιμές που πλησιάζουν το κόκκινο υποδηλώνουν υψηλή ακαμψία ενώ οι τιμές κοντά στο μπλε χαμηλή. Πρώτο βήμα ήταν η χαρτογράφηση αυτών των τιμών και η μετατροπή τους σε τιμές που θα εκφράζουν την ακαμψία σε kPa. Έπειτα αφού έχει συλλεχθεί ένα ικανοποιητικό δείγμα ασθενών (200) σε διάφορα στάδια χρόνιας ηπατοπάθειας ,τότε μέσω ενός deep learning δικτύου γίνεται η κατηγοριοποίηση των ασθενών. Η ακρίβεια του συστήματος εκτιμήθηκε και στην συνέχεια τα αποτελέσματα του συγκρίθηκαν με την διάγνωση του ιατρού έχοντας ως σημείο αναφοράς την βιοψία. 2022-03-14T07:49:27Z 2022-03-14T07:49:27Z 2022-03-01 http://hdl.handle.net/10889/16034 en application/pdf