ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2023/2024
I tumori della laringe sono uno dei più comuni tumori della testa e del collo, rappresentando l'1% di tutti i tumori a livello mondiale. Tuttavia, il carcinoma glottico precoce è considerato uno dei tumori maligni più curabili. Il carcinoma squamoso glottico precoce (EGSCC) può essere suddiviso in diversi stadi (Tis, T1a, T1b, T2), a seconda del numero di corde vocali coinvolte e dell'area di diffusione del tumore. In circa due terzi dei casi, il tumore ha origine nell'area glottica, ma può anche estendersi verticalmente nelle regioni sopraglottiche e sottoglottiche. Anche un tumore di piccole dimensioni può interferire con la mobilità delle corde vocali e impedire una buona occlusione della glottide. Di conseguenza, il primo sintomo riconoscibile del tumore glottico è la raucedine, caratterizzata da un'alterazione dell'intonazione e della qualità della voce.
La displasia è un'alterazione epiteliale precancerosa che ha un potenziale di progressione maligna. La displasia può essere classificata come basso grado, alto grado e carcinoma in situ. Poiché i sintomi si sovrappongono a quelli dell'EGSCC, la distinzione tra carcinoma e displasia epiteliale è essenziale per le decisioni terapeutiche e gli esiti clinici.
Il set di dati utilizzato in questa ricerca è stato fornito dall'Università di Chicago e consiste in 1.607 registrazioni, di cui 1.024 di pazienti con displasia e carcinoma e 564 di pazienti con patologie legate alla tosse. Da queste registrazioni vengono estratte diverse caratteristiche per scoprire le informazioni nascoste, che possono essere classificate in tre domini: tempo, frequenza e tempo-frequenza. Queste caratteristiche vengono poi ridotte alle 25 più influenti, che servono come input per i Multi-Layer Perceptron (MLP) e le Support Vector Machine (SVM) utilizzati in diversi compiti di classificazione. Infine, le prestazioni dei modelli sono valutate tramite metriche. I modelli ottengono una Average Precision e un punteggio F1 pari al 100% per distinguere le patologie maligne da quelle benigne.
Laryngeal cancers are one of the most common head and neck tumors, representing 1% of all cancers worldwide. Nevertheless, early glottic cancer is considered one of the most curable malignancies. Early glottic squamous cell carcinoma (EGSCC) can be divided into different stages (Tis, T1a, T1b, T2), depending on the number of vocal cords involved and the area of spreading of the tumor. In approximately two-thirds of cases, the tumor originates in the glottic area, however, it can also extend vertically in supraglottic and subglottic regions. Even a small tumor can interfere with the mobility of the vocal cords and prevents good occlusion of the glottic. Consequently, the first recognizable symptom of glottic cancer is hoarseness, characterized by a change in pitch and quality of the voice.
Dysplasia is a precancerous epithelial change that has the potential for malignant progression. Dysplasia can be classified as low-grade, high-grade, and carcinoma in situ. Since the symptoms overlap with EGSCC, the distinction between carcinoma and epithelial dysplasia is essential to treatment decisions and clinical outcomes.
The dataset used in this research was provided by the University of Chicago and consists of 1,607 recordings, including 1,024 from patients with dysplasia and carcinoma, and 564 from patients with cough-related pathologies. From these recordings, several features are extracted to uncover hidden information, which can be categorized into three domains: time, frequency, and time-frequency. These features are then reduced to the more influential 25, which serve as inputs for models as Multi-Layer Perceptron (MLP) and Support Vector Machine (SVM) used in different classification tasks. Finally, the performances of the models are evaluated through metrics. The models obtain an Average Precision and F1-score equal to 100% for distinguishing malignant from benign pathologies.