Segmentación multinivel de patrones de Gleason usando representaciones convolucionales en imágenes histopatológicas

Abstract

El sistema de puntuación de Gleason es el más utilizado para diagnosticar y cuantificar la agresividad del cáncer de próstata, estratificando regionalmente patrones anormales en imágenes histológicas. A pesar de ello, estudios recientes han reportado valores moderados de concordancia de 0.55, según el valor kappa en el diagnóstico de la enfermedad. Este estudio introduce una representación convolucional para la segmentación y estratificación semántica de regiones en imágenes histológicas implementando la puntuación de Gleason y tres niveles de representación. Para ello, en un primer nivel, se entrenó una red regional de tipo Mask R-CNN con anotaciones completas, lo que permitió definir delineaciones regionales, siendo efectivo en localizaciones con estructuras generales. En un segundo nivel, usando la misma arquitectura, se entrenó un modelo únicamente con anotaciones superpuestas del primer esquema, y que constituyen regiones con dificultad de clasificación. Finalmente, un tercer nivel de representación permitió una descripción más granular de las regiones, considerando las regiones resultantes de las activaciones del primer nivel. La segmentación final resultó de la superposición de los tres niveles de representación. La estrategia propuesta se validó y entrenó en un conjunto público con 886 imágenes histológicas. Las segmentaciones así generadas alcanzaron una media del Área Bajo la Curva de Precisión-Recalificación (AUPRC) de 0.8 ± 0.18 y 0.76 ± 0.15 respecto a los diagnósticos de dos patólogos, respectivamente. Los resultados muestran niveles de intersección regional cercanos a los de los patólogos de referencia. La estrategia propuesta es una herramienta potencial para ser implementada en el apoyo y análisis clínico.