Master's Thesis

Analysis of Histopathological Images Using Deep Learning

Final Thesis 25.02 MB Appendix 6.29 MB

Author of thesis: Bc. Filip Seč

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Anzhelika Mezina, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Jonák, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis investigates deep learning methods for histopathological image analysis, focusing on prostate cancer grading from digitized whole-slide images. The main part of the work uses the PANDA dataset for slide-level ISUP grade prediction through multiple-instance learning and features extracted by frozen pathology foundation models. Four encoders are compared, and models combining their aligned feature representations are proposed, including residual gated fusion and counterfactual routing regularization.

The best single-encoder model achieved a mean quadratically weighted kappa of 0.922 on PANDA. In external evaluation on SICAPv2, the best result was achieved by the model with counterfactual routing regularization, reaching QWK 0.884. Attention analysis further showed that the model generally assigned higher importance to tumour regions; however, neither attention weights nor routing weights should be treated as complete explanations of its decisions.

The results show that pathology foundation models combined with multiple-instance learning provide a strong basis for prostate biopsy grading. They also highlight the importance of external validation and verification of model behaviour outside the development dataset.

Keywords:

digital pathology, histopathological images, prostate cancer, whole-slide image, deep learning, multiple-instance learning, pathology foundation models, ISUP grading, PANDA, SICAPv2

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Otázky oponenta: Mohl byste detailně objasnit princip „counterfactual gate regularization“? Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Communications and Informatics (MPC-TIT)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Mlýnek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Martin Vaculík, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Šilhavý, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Martin Kyselák, Ph.D. (člen)
Ing. Rudolf Vohnout, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Bezpalec, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Benešl, Ph.D. (člen)
Jakub Lešinský (člen)
Ing. Viet Anh Phan (člen)

Supervisor’s report
Ing. Anzhelika Mezina, Ph.D.

Student Bc. Filip Seč pracoval na aktuálním tématu zaměřeném na analýzu histopatologických snímků. Během zpracování diplomové práce pravidelně konzultoval postup řešení i vzniklé problémy.
Text práce je celkově zpracován dobře, nicméně doporučila bych odlišnou strukturu praktické části, aby bylo zřetelněji odděleno, co představuje vlastní přínos autora a co je testování existujících modelů. Finální verzi práce jsem bohužel obdržela až po jejím odevzdání. Text rovněž obsahuje drobné typografické nedostatky.

Pozitivně hodnotím rozsah realizované praktické části, proaktivní přístup studenta během řešení práce, návrh vlastního řešení i odborné posouzení výsledků ze strany lékaře.

I přes uvedené nedostatky bylo zadání práce splněno v plném rozsahu. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm A (90 bodů). Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Jonák, Ph.D.

Autor se ve své diplomové práci s názvem Analysis of histopathological images using deep learning věnuje určování stupně závažnosti karcinomu prostaty podle mezinárodní klasifikace ISUP z celosnímkových histopatologických obrazů. Práce řeší hlavní úskalí této domény, což je extrémní velikost snímků a variabilita ve vzhledu dat, která bývá způsobená odlišným barvením či skenováním v různých laboratořích.

Byl navržen systém, kde jsou tyto velké snímky reprezentovány jako soubory příznaků extrahovaných pomocí čtyř moderních, předtrénovaných modelů (uni_v2, gigapath, hoptimus0, hoptimus1). K následné klasifikaci celého snímku autor využil přístup učení s více instancemi a také zkoumal, zda kombinace těchto čtyř různých enkodérů přináší přesnější výsledky. Na závěr bylo provedeno testování na datasetu SICAP, čímž bylo simulováno reálné nasazení v praxi.

Předložená diplomová práce je kompletní a logicky členěná. Autorovi vytýkám drobné formální nedostatky, např. ve zvoleném barevném měřítku v maticích záměn na str. 67. Rovněž vytýkám celkovou přehlednost práce, kdy je těžší zorientovat se v tom co je převzaté a co vytvořil autor. Topics for thesis defence:
  1. Mohl byste detailně objasnit princip „counterfactual gate regularization“?
Points proposed by reviewer: 91

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová