Blog

Konstantin Korotkov defends his PhD thesis “Automatic change detection in multiple pigmented skin lesions”

Malignant melanoma is the rarest and deadliest of skin cancers causing three times more deaths than all other skin-related malignancies combined. Fortunately, in its early stages, it is completely curable, making a total body skin examination (TBSE) a fundamental procedure for many patients. During TBSE, dermatologists look for pigmented skin lesions (PSLs) exhibiting typical melanoma signs as well as PSLs undergoing the rapid changes characteristic of cancer. Accompanied by clinical and dermoscopic baseline photography, a TBSE can be very tedious and time-consuming, especially for patients with numerous lesions. In addition, establishing correct body-to-image and image-to-image lesion correspondences can be extremely difficult.

 

Despite the advances in body scanning techniques, automated assistance tools for TBSEs have not received due attention. This fact is emphasized in our literature review covering the area of computerized analysis of PSL images. In this review, we summarize various approaches for implementing PSL computer-aided diagnosis systems and discuss their standard workflow components.

 

Aiming at the automation of TBSEs, we have designed and built a total body scanner to acquire skin surface images using cross-polarized light. Equipped with 21 low-cost high-resolution cameras and a turntable, this scanner automatically acquires a set of overlapping images, covering 85-90% of the patient’s skin surface. A one-shot extrinsic calibration of all the cameras is carried out using a specifically designed color-coded calibration pattern. Furthermore, we have developed an algorithm for the automated mapping of PSLs and their change estimation between explorations. The maps produced relate images of individual lesions with their locations on the patient’s body, solving the body-to-image and image-to-image correspondence problem in TBSEs.

 

The initial tests of the scanner showed that it can be successfully applied for automated mapping and temporal monitoring of multiple lesions: PSLs relevant for follow-up were repeatedly mapped in several explorations. Moreover, during the baseline image comparison, all lesions with artificially induced changes were correctly identified as “evolved”. In order to perform a wider clinical trial with a diverse skin image set, the scanner has been installed in the Melanoma Unit at the Clinic Hospital of Barcelona.

_________________________

 

El melanoma maligne és el més rar i mortal de tots els càncers de pell, causant tres vegades més morts que el conjunt de totes les altres malalties malignes de la pell. Afortunadament, en les primeres etapes, és completament curable, fent de les exploracions de pell a nivell de cos complert (TBSE, de l’anglès Total Body Skin Examination) un procés fonamental per a molts pacients. Durant el TBSE, els dermatòlegs busquen els signes típics de melanoma en les lesions pigmentades de la pell (PSL, Pigmented Skin Lesions), així com PSLs sotmesos als ràpids canvis característics del càncer. Conjuntament amb la fotografia de referència clínica i dermatoscòpica, el càlcul de TBSE pot ser molt tediós i lent, especialment per a pacients amb un gran nombre de lesions. A més a més, establir correspondències correctes entre el cos i les imatges, i entre les diferents imatges, per a cadascuna de les lesions, pot ésser d’extrema dificultat.

 

Malgrat els avenços en les tècniques d’escaneig cutani, les eines per a realitzar TBSEs de forma automàtica no han rebut massa atenció. Aquest fet es posa de relleu en la nostra revisió de la literatura, que cobreix l’àrea de l’anàlisi per computador d’imatges de PSL. En aquesta revisió, es resumeixen vàries aproximacions per a la implementació del diagnòstic assistit per ordinador, comentant-ne els seus components principals.

 

Amb l’objectiu de l’automatització de TBSEs, hem dissenyat i construït un escàner corporal de cobertura total per adquirir imatges de la superfície de la pell utilitzant llum amb polarització creuada. Equipat amb 21 càmeres d’alta resolució de baix cost i una plataforma giratòria, aquest escàner adquireix automàticament un conjunt d’imatges amb solapament, que cobreix el 85–90% de la superfície de la pell del pacient. La calibració extrínseca del sistema es du a terme utilitzant una sola imatge de cada càmera i un patró de calibratge amb un codi de colors dissenyat específicament.per a lalitzat satisfactoriament mapeig senyat especs principals. s per a cadascuna de les lesions pot d’ell de cos complert () A més, hem desenvolupat un algoritme pel mapeig automàtic de les PSLs i l’estimació dels canvis entre exploracions. Els mapes produïts relacionen les imatges de les lesions individuals amb la seva ubicació en el cos del pacient, resolent el problema de correspondència del cos a la imatge i d’imatge a imatge en TBSEs. Actualment, l’escàner es limita a pacients amb escàs pèl corporal.

 

Els tests inicials de l’escàner mostren que aquest pot ésser utilitzat satisfactòriament pel mapeig automàtic i el control de canvis temporal de múltiples lesions: els PSLs importants per a realitzar-ne el seguiment han estat mapejats successivament en les diverses exploracions. D’altra banda, durant la comparació d’imatges, totes les lesions amb canvis artificials introduïts han estat correctament identificades com “evolucionades”. Per tal de desenvolupar estudis clínics més amplis, amb diferents tipus de pell, l’escàner s’ha instal·lat a la Unitat de Melanoma de l’Hospital Clínic de Barcelona.