Using data mining techniques to support breast cancer diagnosis

More than ever, there is an increase of the number of decision support methods and computer aided diagnostic systems applied to various areas of medicine. In breast cancer research, many works have been done in order to reduce false-positives when used as a double reading method. In this study, we aimed to present a set of data mining techniques that were applied to approach a decision support system in the area of breast cancer diagnosis. This method is geared to assist clinical practice in identifying mammographic findings such as microcalcifications, masses and even normal tissues, in order to avoid misdiagnosis. In this work a reliable database was used, with 410 images from about 115 patients, containing previous reviews performed by radiologists as microcalcifications, masses and also normal tissue findings. Throughout this work, two feature extraction techniques were used: the gray level co-occurrence matrix and the gray level run length matrix. For classification purposes, we considered various scenarios according to different distinct patterns of injuries and several classifiers in order to distinguish the best performance in each case described. The many classifiers used were Naïve Bayes, Support Vector Machines, k-nearest Neighbors and Decision Trees (J48 and Random Forests). The results in distinguishing mammographic findings revealed great percentages of PPV and very good accuracy values. Furthermore, it also presented other related results of classification of breast density and BI-RADS® scale. The best predictive method found for all tested groups was the Random Forest classifier, and the best performance has been achieved through the distinction of microcalcifications. The conclusions based on the several tested scenarios represent a new perspective in breast cancer diagnosis using data mining techniques.

Nova Técnica de Imagem no Diagnóstico da Patologia Mamária - Tomossíntese Mamária

O cancro da mama é uma das patologias mais frequentes nas mulheres, à qual está associada uma elevada taxa de mortalidade. Sabe-se que à detecção, diagnóstico e tratamento precoce desta patologia, está associada uma elevada taxa de sobrevivência. Estas premissas tornam a detecção e o diagnóstico desta patologia, de importância central. A mamografia é o exame “gold standard” para o rastreio e diagnóstico do cancro da mama. Os sistemas convencionais de mamografia já demonstraram a sua mais valia na detecção de cancro da mama e de outras patologias mamárias, no entanto têm vindo a ser substituídos por sistemas digitais. A utilização da mamografia digital, aumentou a exactidão diagnóstica, especialmente em mulheres que apresentam elevada densidade do parenquima mamário. Apesar deste avanço, a natureza bidimensional da mamografia traduz-se numa imagem sobreposta dos tecidos da mama, o que dificulta, não raras vezes, a visualização de patologia, criando sérios obstáculos à sua detecção e diagnóstico. A tomossíntese mamária surge como uma técnica inovadora que, pela aquisição de dados tridimensionais, elimina ou reduz a sobreposição dos tecidos, disponibilizando informação mais detalhada e aumentando a sensibilidade e especificidade da mamografia. Esta técnica tem sido alvo de múltiplos estudos, contudo, o seu papel para uma possível integração na prática clínica não está, ainda, perfeitamente esclarecido. Este trabalho pretende dar a conhecer o “estado da arte” da Tomossíntese Mamária e toda a tecnologia que lhe está subjacente, os benefícios clínicos que da mesma podem advir e ainda os desafios inerentes à sua implementação na prática clínica. No desenvolvimento deste trabalho, utilizou-se uma metodologia científica baseada na revisão bibliográfica de conceitos inerentes à Tomossíntese mamária, através da selecção de artigos científicos e livros de referência na área em estudo, e ainda à exposição ilustrativa de casos que fundamentam o potencial desta técnica.

BIiossensor Enzimático para avaliação da Capacidade Antioxidente

Os radicais livres formam-se naturalmente nos organismos vivos, pois a sua produção/geração está interligada com o processo de produção de energia (respiração), processos inflamatórios (fagocitose), regulação do crescimento celular, sinalização intercelular e síntese de substâncias biológicas relevantes. Estes também podem ser introduzidos por vias exógenas (poluição, radiação, tabaco, alimentação, etc). Os radicais livres têm capacidade de reagir com o material nucleico (ADN e ARN), proteínas e substâncias oxidáveis, causando danos oxidativos responsáveis pelo envelhecimento e originar doenças degenerativas, tais como, o cancro, arteriosclerose, artrite reumatoide, entre outras. De forma a combater os efeitos pejorativos provocados pelos radicais, os organismos vivos desenvolveram complexos sistemas de defesa antioxidante. Estes sistemas são constituídos por antioxidantes endógenos, produzidos pelos seres vivos, tais como enzimas ou por antioxidantes exógenos obtidos por via da alimentação (por exemplo o ácido ascórbico). Neste sentido, um antioxidante tem capacidade de eliminar ou reduzir a propagação da cadeia de geração de radicais livres. Neste trabalho foi desenvolvido um biossensor enzimático para a quantificação da capacidade antioxidante total de matrizes alimentares. A construção deste biossensor consistiu na eletroimobilização da adenina no elétrodo de pasta de carbono (EPC) ou na adsorção física da dA20 na superfície do EPC. O dano oxidativo foi induzido pelo radical hidroxilo gerado pela reação de Fenton. Nesta dissertação, foi estudada a capacidade de alguns antioxidantes em eliminar o efeito pejorativo dos radicais livres e combater a integridade das bases de adenina ou do dA20.Os antioxidantes estudados foram o ácido ascórbico e alguns ácidos fenólicos como o ácido hidroxibenzoico (ácido gálico) e ácidos hidroxicinâmicos (ácido cafeico e ácido cumárico). Estes antioxidantes têm a capacidade de neutralizar o radical hidroxilo e proteger a adenina/dA20 imobilizado na superfície do EPC. O comportamento da Lacase foi estudado na presença do ácido gálico e do ácido ascórbico. Os estudos eletroquímicos foram realizados através da voltametria de onda quadrada (VOQ), sendo que a interação entre a adenina/ou o dA20 imobilizada na superfície do EPC e os radicais livres na ausência e presença de antioxidantes foi avaliada por meio de mudanças no pico anódico produzido pela oxidação da adenina /dA20. Os resultados demonstraram que estes biossensores permitem a avaliação da capacidade antioxidante total em águas aromatizadas.

Longitudinal analysis of tumor marker CEA of breast cancer patients from Braga's hospital

Allied to an epidemiological study of population of the Senology Unit of Braga’s Hospital that have been diagnosed with malignant breast cancer, we describe the progression in time of repeated measurements of tumor marker Carcinoembryonic antigen (CEA). Our main purpose is to describe the progression of this tumor marker as a function of possible risk factors and, hence, to understand how these risk factors influences that progression. The response variable, values of CEA, was analyzed making use of longitudinal models, testing for different correlation structures. The same covariates used in a previous survival analysis were considered in the longitudinal model. The reference time used was time from diagnose until death from breast cancer. For diagnostic of the models fitted we have used empirical and theoretical variograms. To evaluate the fixed term of the longitudinal model we have tested for a changing point on the effect of time on the tumor marker progression. A longitudinal model was also fitted only to the subset of patients that died from breast cancer, using the reference time as time from date of death until blood test.

Desenvolvimento de um biossensor para Ácido Glutâmico

A presente dissertação tem com objetivo o desenvolvimento de um biossensor com base nos polímeros de impressão molecular para a deteção de uma molécula alvo, o ácido glutâmico que é convertido em glutamina pela glutamina sintetase, recorrendo à potenciometria. Nas células neoplásicas a glutamina não é sintetizada podendo-se considerar que o ácido glutâmico é um potencial agente anti-cancro. A técnica de impressão molécular utilizada foi a polimerização em bulk, combinando a acrilamida e a bis acrilamida com o ácido glutâmico. Para se verificar se a resposta potenciométrica obtida era de facto da molécula alvo foram preparados em paralelo com os sensores, materiais de controlo, ou seja, moléculas sem impressão molécular (NIP). Para se controlar a constituíção química dos vários sensores nomeadamente, do NIP e do polímero de impressão molecular (MIP) antes e após a remoção bem como a molécula foram realizados estudos de Espetroscopia de Infravermelhos de Transformada de Fourier (FTIR), Scanning electron microscope (SEM) e Espetroscopia de Raios X por dispersão em energia (EDS). Os materiais desenvolvidos foram aplicados em várias membranas que diferiam umas das outras, sendo seletivas ao ião. A avaliação das características gerais das membranas baseou-se na análise das curvas de calibração, conseguidas em meios com pHs diferentes, comparando os vários elétrodos. O pH 5 foi o que apresentou melhor resultado, associado a uma membrana que continha um aditivo, o p-tetra-octilphenol, e com o sensor com percentagem de 3%. Posto isto, testou-se em material biológico, urina, com as melhores características quer em termos de sensibilidade (18,32mV/década) quer em termos de linearidade (1,6x10-6 a 1,48x10-3 mol/L). Verificou-se ainda que aplicando iões interferentes na solução, estes não interferem nesta, podendo ser aplicados na amostra sem que haja alteração na resposta potenciométrica. O elétrodo é capaz de distinguir o ácido glutâmico dos restantes iões presentes na solução.