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Lógica Nebulosa Aplicada à Classificação
BI-RADS de Nódulos de Mama no Ambiente
de Diagnóstico Auxiliado por Computador
Gisele Helena Barboni Miranda
Paulo Mazzoncini de Azevedo Marques
Joaquim Cezar Felipe
Universidade de São Paulo
Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto
Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto
Informática Biomédica
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Tópicos
Introdução
Fundamentos
Materiais e Métodos
Resultados
Etapa Atual do Projeto
Conclusões
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Introdução
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Avaliação subjetiva do radiologista no processo de tomada de
decisão do diagnóstico
Análise definida em linguagem natural
“formato levemente arredondado”
“contorno parcialmente obscurecido”
Dificuldades encontradas pelos sistemas computacionais em
representar e simular o estilo adotado pelo radiologista
gap semântico
MotivaçãoIn
tro
du
çã
o
5
Aplicação dos conceitos da Lógica Nebulosa à definição
dos atributos descritores da terminologia empregada
pelos radiologistas para a caracterização de achados do
tipo massas, padronizados pelo BI-RADS, gerando uma
classificação automática, como segunda opinião.
PropostaIn
tro
du
çã
o
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Fundamentos
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BI-RADS (Breast Imaging Reporting and Data-System)
Padronização da terminologia utilizada em exames demamografias e da categorias de avaliação dos achadosradiológicos
Descritores de massas:
BI-RADS
Formato
Contorno
Densidade
Categorias de Avaliação: 0 1 2 3 4 5
Fu
nd
am
en
tos
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Lógica Nebulosa (Fuzzy)
Máquina
de
Inferência
Valores
Lingüísticos
Valores
Lingüísticos
Denebulização
Valores
NuméricosValores
Numéricos
Nebulização
Base de
Regras
Fu
nd
am
en
tos
Representação matemática de informações vagas e imprecisas
Transição gradual entre a pertinência e a não pertinência de umelemento a um conjunto
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Materiais e Métodos
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Reuniões com especialistas do domínio: Participação de radiologistasdo HC – FMRP;
Modelagem do Sistema; escalas representativas do grau de malignidade:
intervalo [0,1] relação entre a característica do atributo em análise e ograu de malignidade atribuído;
definição de qualificadores associados às características de contorno:totalmente, muito, parcialmente e pouco;
Preparação de um questinário de avaliação;
Seleção das imagens: base de imagens de mamografia digital DDSM(Digital Database for Screening Mammography
35 imagens representativas
Ma
teri
ais
e M
éto
do
s
Procedimento
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Entrevistas de avaliação com radiologistas;
– “formato lobular com grau de malignidade 0,65”
– “contorno parcialmente circunscrito com grau de malignidade 0,2 e
parcialmente indistinto com grau de malignidade 0,7”
Modelagem e implementação do banco de dados de avaliações;
Ma
teri
ais
e M
éto
do
s
Procedimento (cont.)
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Construção das funções de pertinência;
Ferramenta para criação da base de proposições nebulosas;
Utilização da base de dados de Avaliações para determinar a
parte conseqüente das regras
Modelo de Inferência:
Avaliações dos resultados;
Ma
teri
ais
e M
éto
do
s
Procedimento (cont.)
)],[min(max)( ...1 iknki CDC Modelo de Mandani:
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Resultados
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Funções de pertinência sino para caracterizar a transição entre os
coeficientes obtidos das avaliações
Re
su
lta
do
s
Coeficiente de Formato Coeficiente de Contorno
Coeficiente de Densidade
Funções de Pertinência
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Construção da Base de Regras considerando-se os conjuntos de
entrada e as categorias atribuídas pelos radiologistas
Regra Se Coeficiente de
Formato
E Coeficiente de
Contorno
E Coeficiente de
Densidade
Então
BI-RADS
1 alto alto alto 5
2 alto alto medio 5
3 alto alto baixo 4
4 alto medio alto 4
5 alto medio medio 4
6 alto medio baixo 4
7 alto baixo alto 4
8 alto baixo medio 4
9 alto baixo baixo 3
... ...... ....... ....... ...
Re
su
lta
do
s
Base de Proposições Nebulosas
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Exemplos de saídas gerada pelo sistema
Parâmetros de Entrada Avaliação
BI-RADSformato contorno densidade
E1 irregularmuito
espiculadoalta
R1 4
R2 4
R3 5
Sistema 4 (pert. 67%)
5 (pert. 20%)
E2 lobular parcialmente
obscuro
alta R1 3
R2 4
R3 3
Sistema 3 (pert. 61%)
4 (pert. 12%)
E3 irregular totalmente
espiculado
alta R1 5
R2 5
R3 5
Sistema 5 (pert 100%)
Resultados coerentes em relação às avaliações fornecidas pelos
radiologistas
Variabilidade observada entre os radiologistas
Re
su
lta
do
s
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Etapa Atual do Projeto
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Método estatístico para a construção das funções
Eta
pa
Atu
al
do
Pro
jeto
Funções de Pertinência
Funções de pertinência para o atributo Coeficiente de Formato
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Funções de pertinência para caracterizar a transição entre os coeficientes
obtidos das avaliações
Re
su
lta
do
s
Funções de Pertinência
Funções de Pertinência para o Atributo
Coeficiente de Formato
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,5 1
Grau de Malignidade (Formato)
Gra
u d
e P
ert
inê
nc
ia
"baixo"
"médio"
"alto"
Funções de Pertinência para o atributo Coeficiente de
Contorno
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Grau de Malignidade (Contorno)
Gra
u d
e P
ert
inên
cia
"muito baixo"
"baixo"
"médio"
"alto"
Funções de Pertinência para o Atributo
Coeficiente de Densidade
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,5 1
Grau de Malignidade (Densidade)
Gra
u d
e P
ert
inê
nc
ia
"muito baixo"
"baixo"
"médio"
"alto"
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Eta
pa
Atu
al
do
Pro
jeto
Interface do
Sistema CAD
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Conclusões
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A utilização da lógica nebulosa permitiu a representação da
subjetividade observada durante as avaliações com os
radiologistas
Construção de um sistema CAD mais amigável: parâmetros de
entrada próximos à forma natural de avaliação da imagem
O sistema nebuloso proposto fornece uma segunda opinião
consistente, contendo características quantitativas de análise
Co
nc
lus
õe
s
Discussão
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Incluir a análise de microcalcificações e assimetrias
Ampliação da base de dados de avaliações
Utilização de arquiteturas híbridas:
neuro-fuzzy
Implantação da ferramenta em ambientes de residência
médica em radiologia
Trabalhos FuturosC
on
clu
sõ
es
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À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
Aos radiologistas pela avaliação das lesões selecionadas
Agradecimentos
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Lógica Nebulosa Aplicada à Classificação
BI-RADS de Nódulos de Mama no Ambiente
de Diagnóstico Auxiliado por Computador
Gisele Helena Barboni Miranda
Paulo Mazzoncini de Azevedo Marques
Joaquim Cezar Felipe
Universidade de São Paulo
Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto
Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto
Informática Biomédica