Histopatolojik Görüntülerin Derin ve Makine Öğrenimine Dayalı Teknikler Kullanılarak İkili ve Çok Sınıflı Sınıflandırılması


Doğan R. S., Yılmaz B.

e 5th International Conference on Data Science and Applications (ICONDATA'22), Muğla, Türkiye, 7 - 11 Eylül 2022, ss.290-296

  • Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Muğla
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.290-296
  • Abdullah Gül Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Patoloji bölümünde her hastadan rutin olarak hematoksilen-eozin (H&E) ile boyanmış doku slaytları alınır. Bu slaytlara histopatoloji görüntüleri de denir. Histopatolojik görüntülerin incelenmesi dokuların teşhisinde altın standarttır. Ancak histopatoloji görüntülerinin manuel analizi patologlar için ciddi ve zaman alıcı bir iştir. Bu nedenle, patolojik görüntülerde ilgilenilen dokuları veya yapıları otomatik olarak sınıflandırmak için tıbbi modeller geliştirmek son derece önemlidir. Bu amaçla, dokuz farklı doku tipini histopatoloji görüntülerinden otomatik olarak sınıflandırma üzerinde çalışmalar yapıldı. Bu çalışmada eğitim seti olarak 86 hasta ve test seti olarak 50 hastadan elde edilen açık kaynak görüntü setleri kullanıldı. Dokuların otomatik sınıflandırılması için evrişimli sinir ağları ve makine öğrenmesi modellerini eğiterek iki farklı yaklaşımın sonuçları üzerinde karşılaştırma yapıldı. Aynı zamanda modellerin eğitimi iki farklı sınıflandırma görevi için yapıldı. Birincisi, normal ve tümör doku sınıfları olmak üzere ikili sınıflandırma, diğeri ise dokuz farklı doku tipi olan adipoz, arka plan, debriz, stroma, lenfositler, mukus, düz kas, normal kolon mukozası, tümör olarak çoklu sınıflandırmadır. Test setlerinden evrişimli sinir ağları kullanılarak sırasıyla ikili ve çoklu sınıflandırmalar için 0.93 ve 0.90'a kadar doğruluk oranı elde edildi. Yönlendirilmiş gradyanların histogramı özellikleri çıkarılıp Rastgele Orman sınıflandırıcısı kullanılarak sırasıyla ikili ve çoklu sınıflandırmalar için 0.75 ve 0.44'e kadar doğruluk oranı elde edildi. Sonuçlar, evrişimli sinir ağları modelimizin hem ikili hem çoklu doku sınıflandırılması için genelleştirilebilirliğini ve bunları pratik bir histopatolojik tanı iş akışı sistemine yerleştirmenin son derece umut verici potansiyelini göstermektedir.

Hematoxylin-eosin (H&E) stained tissue slides are routinely obtained from each patient in the pathology department. These slides are also called histopathology images. Examination of histopathological images is the gold standard in the diagnosis of tissues. However, manual analysis of histopathology images is a serious and time-consuming task for pathologists. Therefore, it is essential to automatically develop medical models to classify tissues or structures of interest in pathological images. For this purpose, studies were conducted on classifying nine different tissue types from histopathology images. This study used opensource image sets obtained from 86 patients as training set and 50 patients as test set. The comparison was made on the results of the two different approaches by training convolutional neural networks and machine learning models for the automatic classification of tissues. At the same time, the training of the models was done for two different classification tasks. The first is binary classification as normal and tumor tissue classes and the other is multi-classification as nine different tissue types: adipose, background, debris, stroma, lymphocytes, mucus, smooth muscle, normal colon mucosa, and tumor. Accuracy results up to 0.93 and 0.90 were obtained for binary and multiple classifications, respectively, using convolutional neural networks from the test sets. By extracting the histogram features of the directed gradients and using the Random Forest classifier, accuracy rates up to 0.75 and 0.44 were obtained for binary and multiple classifications, respectively. The results demonstrate the generalizability of our convolutional neural networks model for both binary and multi-tissue classification and the extremely promising potential of embedding them into a practical histopathological diagnosis workflow system.