(SEMI)-AUTOMATED ANALYSIS OF MELANOCYTIC LESIONS

Abstract

Melanoma is a very aggressive form of skin cancer whose incidence has constantly grown in the last 50 years. To increase the survival rate, an early diagnosis followed by a prompt excision is crucial and requires an accurate and periodic analysis of the patient's melanocytic lesions. We have developed an hardware and software solution named Mole Mapper to assist the dermatologists during the diagnostic process. The goal is to increase the accuracy of the diagnosis, accelerating the entire process at the same time. This is achieved through an automated analysis of the dermatoscopic images which computes and highlights the proper information to the dermatologist. In this thesis we present the 3 main algorithms that have been implemented into the Mole Mapper: A robust segmentation of the melanocytic lesion, which is the starting point for any other image processing algorithm and which allows the extraction of useful information about the lesion's shape and size. It outperforms the speed and quality of other state-of-the-art methods, with a precision that meets a Senior Dermatologist's standard and an execution time that allows for real-time video processing; A virtual shaving algorithm, which increases the precision and robustness of the other computer vision algorithms and provides the dermatologist with a hair-free image to be used during the evaluation process. It matches the quality of state-of-the-art methods but requires only a fraction of the computational time, allowing for computation on a mobile device in a time-frame compatible with an interactive GUI; A registration algorithm through which to study the evolution of the lesion over time, highlighting any unexpected anomalies and variations. Since a standard approach to this problem has not yet been proposed, we define the scope and constraints of the problem; we analyze the results and issues of standard registration techniques; and finally, we propose an algorithm with a speed compatible with Mole Mapper's constraints and with an accuracy comparable to the registration performed by a human operator.Il Melanoma è una forma molto aggressiva di cancro alla pelle la cui incidenza è costantemente aumentata negli ultimi 50 anni. Una diagnosi precoce unita ad una rapida asportazione risulta indispensabile per migliorare il tasso di sopravvivenza e richiede una analisi periodica ed accurata della lesioni melanocitiche del paziente. Abbiamo sviluppato una soluzione hardware e software chiamata Mole Mapper per assistere i deramtologi durante l'intero processo di diagnosi. L'obiettivo è permettere un incremento dell'accuratezza della diagnosi velocizzando al contempo l'intero processo. Tali caratteristiche si sono ottenute grazie ad un'analisi automatica delle immagini dermatoscopiche che individua ed evidenza al dermatologo le informazioni più significative. In questa tesi presentiamo 3 principali algoritmi che sono stati implementati in Mole Mapper: Una robusta segmentazione di lesioni melanocitiche, che risulta il punto di partenza di ogni altro algoritmo di elaborazioni di immagini e permette l'estrazione di informazioni utili riguardanti la forma e la dimensione delle lesioni. Tale algoritmo supera in accuratezza e velocità lo stato dell'arte attuale, con una precisione paragonabile ad un dermatologo esperto ed un tempo di esecuzione compatibile con l'elaborazione video realtime; Un algoritmo di depilazione digitale, che garantisce miglior precisione e robustezza agli altri algoritmi di elaborazione di immagini a fornisce al dermatologo un immagine priva di peli da impiegare nel processo di valutazione. La nostra proposta supera l'accuratezza dello stato dell'arte richiedendo solo una frazione del tempo di esecuzione, tanto da poter essere integrata su dispositivi mobili all'interno di una GUI interattiva. Un algoritmo di registrazione, per studiare l'evoluzione delle lesioni nel tempo evidenziando ogni possibile anomalia o variazione. Data la mancanza di un approccio standard al problema, abbiamo caratteriizzato gli obbiettivi ed i vincoli a cui sottostare proponendo quindi un approccio con un tempo di esecuzione compatibile con le necessità del Mole Mapper ed un accuratezza paragonabile a quella di un operatore umano