New approaches for automatic detection of architectural distortion in digital mammography and digital breast tomosynthesis

O câncer de mama é a doença que mais acomete as mulheres em todo o mundo, sendo o tratamento mais eficaz se for diagnosticada em estágio inicial. A partir de 2011, nos programas de rastreamento de países desenvolvidos, vem sendo empregada uma nova modalidade de exame, a tomossíntese digital mamária (Digital Breast Tomosynthesis - DBT), que possui diversas vantagens se comparada à mamografia digital. No exame, o médico radiologista busca por sinais suspeitos na imagem, como: nódulos, microcalcificações e distorção arquitetural mamária (DAM). Sendo que, este último pode representar o estágio mais inicial de um câncer em formação, podendo se manifestar antes da formação de qualquer outra lesão. No entanto, a DAM é difícil de ser detectada pois modifica o tecido mamário de forma sutil, não havendo qualquer formação de massa ou a borda definida. Os sistemas computacionais de auxílio ao diagnóstico (Computer-Aided Detection - CAD) vêm apresentando alto desempenho na detecção de nódulos e microcalcificações mamárias, mas para o caso da DAM, o desempenho ainda é insatisfatório. Algumas limitações são normalmente reportadas nos algoritmos adotados para detectar automaticamente a DAM. O presente trabalho tem por objetivo propor novas abordagens para aumentar a precisão dos métodos computacionais de detecção: o uso de descritores de micro-padrões local para discriminação de áreas suspeitas; redução de falsos-positivos; uso do volume 3D fornecido pelo exame de DBT e; uso de arquitetura de aprendizagem profunda para discriminação e classificação de regiões suspeitas. Os diversos testes efetuados em cada proposta mostraram que é possível melhorar as taxas de detecção da DAM, mesmo para imagens de DBT onde ainda não há um esquema computacional de detecção bem estabelecido.Breast cancer is the disease that most affects women worldwide and is the most effective treatment if it is diagnosed at early stages. Since 2011, in developed countries screening programs has been employed a new exam, the digital breast tomosynthesis (DBT), which has several advantages compared to the digital mammography. In the exam, the radiologist looks for suspicious signs in the image such as masses, microcalcifications and architectural distortion of breast (ADB). Since the later may represent the earliest sign of a cancer in formation, it may manifests before the formation of any other lesion. However, ADB is difficult to be detected due to its subtly changes the breast tissue, with no mass or defined shape. Computer-aided detection (CAD) systems have shown good results in the detection of masses and microcalcifications, however, for ADB the performance is still poor. Several weakness are reported in the pipeline adopted to automatic detection of ADB. The present work aims to propose new approaches to increase the accuracy of the current CAD pipeline: the use of local micro-pattern descriptors to discriminate suspicious areas; false-positives reduction; automatic detection of ADB in DBT images using and tridimensionality of the exam and; use of deep learning architecture to discriminate and classify suspicious regions. The several tests performed on each proposal showed that it is possible to improve the detection rates even for DBT images where there is no established CAD pipeline