eRapport

Classification of Skin Lesions

Prosjekt
Prosjektnummer
HST1259-15
Ansvarlig person
Thomas Roger Schopf
Institusjon
Universitetssykehuset Nord-Norge HF
Prosjektkategori
Korttidsstipend for fullføring av ph.d.
Helsekategori
Cancer and neoplasms, Skin
Forskningsaktivitet
4. Detection and Diagnosis
Rapporter
2016 - sluttrapport
Undiagnosed skin lesions can be photographed and the images fed into a computer system that potentially differentiates malignant from benign lesions. To develop a melanoma detection system, various methods from statistics, machine learning and image analysis are applied. An image consists of millions of pixels, so reducing the enormous amount of data is an important part of image analysis. This can be done by probability density estimation and clustering. In hierarchical clustering, the dissimilarity measure has great influence on the final clustering, but there has been little focus on how to choose an adequate dissimilarity measure for density-based techniques. In this thesis, six properties for density-based dissimilarity measures are therefore proposed as a guide for the user, based on assumptions and previous knowledge about the data set. An image cannot be fed directly into a classifier because of the amount of data contained in each image; therefore a set of features is extracted from one. In melanoma detection, the colour of the lesion is of special interest. This thesis presents several approaches to colour feature extraction. (i) By clustering the pixel values and then comparing the cluster centres to pre-defined colour values, melanoma-indicative colours are detected. (ii) By estimating the probability density, and then measuring the goodness-of-fit, the variation in colours is accounted for. (iii) By the use of a dissimilarity measure, an unclassified lesion's similarity to the melanoma class or the class of benign lesions can be calculated. Different methods for feature evaluation are discussed. A thorough presentation of computer systems for melanoma detection is provided, and some of the key elements are discussed. The challenge of feature selection and classifier selection is given special attention. A computer system for melanoma detection, "Nevus Doctor", is presented. It is based on semi-automatic feature selection of both new and previously developed features, and a new hybrid classifier. The performance of the system in terms of sensitivity and specificity scores is presented and compared to that of a commercially available system for the same set of lesions. This methodology has previously been used once only, and then in a smaller study. Obstacles associated with small data sets are discussed, including cross-validation and clinical relevance. "Nevus Doctor" performed better than the commercially available system. The new colour features add value in computer-aided melanoma detection, both by improving the existing system and by introducing a new class of features. The properties for dissimilarity measures offer a new perspective on clustering and other fields where dissimilarity measures are a core element. In fair skinned populations melanoma is responsible for more than 90 % of all skin cancer deaths. Melanoma may arise at virtually any age. The diagnosis is challenging since melanoma initially may resemble a common mole. The treatment of melanoma is surgery, i.e. the cancer tissue is cut out from the skin. If surgery is performed at an early stage, the patient will almost always be cured. In contrast, late diagnosis may be associated with a fatal outcome in more than 50% of cases. Removal of a suspicious skin lesion suggestive of melanoma is easy in the majority of cases. The procedure can often be performed by general practitioners. The main challenge is to recognise a suspicious pigmented skin lesion at an early stage. Since there is a lack of dermatologists in many countries general practitioners are diagnosing a substantial amount of skin lesions. There has been increased interest in computer-aided decision support systems. A melanoma detection system may help doctors in general practice to improve their diagnostic skills and improve the outcome of these skin cancer patients. This research has shown the feasibility of a computer-aided diagnosis system. In addition there a promising results regarding the diagnosis of other skin cancer types by the same system. However, the true performance in a real clinical environment remains to be tested. A randomised controlled trial to investigate the performance of the computer-aided diagnosis system «Nevus doctor» in a general practice setting is currently underway.
2015
Nevus doctor er et dataprogram som i fremtiden skal hjelpe allmennleger til å diagnostisere melanom og annen hudkreft tidligere. Programmet analyserer digitale fotografier av hudforandringer. Sammenlignet med et kommersielt produkt var Nevus doctor bedre på ikke-melanom hudkreft , mens diagnostikken av melanom var like god.Melanom er en alvorlig kreftsykdom som kan ramme personer i alle aldre. Hos voksne under 50 år er dette den nest hyppigste kreftformen i Norge. Muligheten for å overleve sykdommen er i høy grad avhengig av diagnosetidspunkt. Tidlig i sykdomsforløpet er 5-års overlevelsen opptil 97%, mens den senere gradvis synker til under 50%. De fleste hudleger benytter rutinemessig dermatoskop for lettere å kunne vurdere mistenkelige forandringer. Det er et forstørrelsesglass med innebygd spesialbelysning som gjør det mulig å identifisere langt flere strukturer i huden sammenlignet med ordinær inspeksjon av huden med det blotte øyet. Metoden er krevende å lære selv for hudleger, og i Norge anbefales allmennleger så langt ikke å tilegne seg denne ferdigheten. På Nasjonalt senter for e-helseforskning (tidligere Nasjonalt senter for samhandling og telemedisin) har man i samarbeid med Universitetet i Tromsø utviklet beslutningsstøtteverktøyet Nevus doctor. Nevus doctor er en programvare som kan analysere bilder tatt gjennom dermatoskop. Slik kan f.eks. allmennleger få tilgang til informasjon som ellers er forbeholdt leger med kompetanse innen dermatoskopi. Hensikten er å oppdage melanom og annen hudkreft tidligere. Til programmet Nevus doctor ble det utviklet en ny metode for å kvantifisere fargene i et føflekkbilde. Denne fargekvantifiseringa bidrar til at Nevus Doctor lettere oppdager hudkreft. I siste del av doktorgradsarbeidet har man testet programmet Nevus doctor på et uavhengig bildemateriale som ikke tidligere har vært brukt i utviklingen. I testen sammenlignet man i tillegg Nevus doctor med et annet beslutningsstøttesystem, som er kommersielt tilgjengelig. Hensikten med forsøket var å undersøke hvor nøyaktig Nevus doctor kan oppdage ulike typer hudkreft samt å få en pekepinn på hvor godt Nevus doctor fungerer i forhold til et kommersielt produkt. Til forsøket ble det fra en tysk hudlegepraksis fortløpende samlet inn dermatoskopiske bilder fra ulike typer hudforandringer. Pasientene fikk fjernet disse forandringene enten pga mistanke om hudkreft eller fordi hudforandringene var sjenerende. Resultatet til de to programmene ble sammenholdt med resultatene fra vevsundersøkelsen som ble gjennomført på et patologisk laboratorium spesialisert på hudkreft. Det ble vist at Nevus Doctor var bedre på ikke-melanom hudkreft sammenlignet med det kommersielle programmet, og omtrent like god på melanom.
Vitenskapelige artikler
Møllersen K, Kirchesch H, Zortea M, Schopf TR, Hindberg K, Godtliebsen F

Computer-Aided Decision Support for Melanoma Detection Applied on Melanocytic and Nonmelanocytic Skin Lesions: A Comparison of Two Systems Based on Automatic Analysis of Dermoscopic Images.

Biomed Res Int 2015;2015():579282. Epub 2015 nov 26

PMID: 26693486 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Møllersen K, Dhar SS, Godtliebsen F

On Data-Independent Properties for Density-Based Dissimilarity Measures in Hybrid Clustering

Applied Mathematics , 2016

Doktorgrader
Kajsa Møllersen

Melanoma detection: Colour, clustering and classification

Disputert:
februar 2016
Hovedveileder:
Fred Godtliebsen
Deltagere
  • Thomas Roger Griesbeck Schopf Prosjektleder
  • Kajsa Møllersen Doktorgradsstipendiat

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til eRapport, Helse Nord

Personvern  -  Informasjonskapsler