بخشی از مقاله
چکیده:
آنوریسم مغزی یکی از مشکلات مغزی می باشد که تشخیص آن توسط انسان می تواند همراه با خطا وسخت به نظر برسد. در این رساله به دنبال ارائه روشی جدید برای بهتر نمودن کیفیت آشکارسازی این تصاویر می باشیم. در این روش، نگاشت داده ها به داده هایی با تفکیک پذیری بالا و طبقه بند خود سازمانده به عنوان ابزاری مناسب در نظر گرفته می شوند. تست روش پیشنهادی بروی داده های پایگاه های داده ای موجود و مقایسه نتایج آشکارسازی سندی از عملکرد مطلوب این روش می باشد.
مقدمه
آنوریسم مغزی1یک منطقه نازک و ضعیف از جداره رگ است که حبابی شکل شده و پر از خون است. در حقیقت آنوریسم عروق مغزی ناشی از یک ضعف در جدار شریانهای مغزی است که بتدریج به علت بالا بودن فشار در داخل عروق سبب برجستگی و ایجاد حباب می شود و چون جدار آنها ضعیف تر از جدار طبیعی شریانها است ممکن است پاره شود و سبب خونریزی مغزی شود.
این ناحیه همچنین میتواند خونریزی کرده و یا با ایجاد فشار بر روی عروق و اعصاب مجاور سبب علائم عصبی شود؟ آنوریسم مغزی میتواند در هر سنی رخ دهد، ولیکن در بزرگسالان نسبت به کودکان و زنان نسبت به مردان شایعتر است. آنوریسم قبل از پارگی رگهای مغزی علامت خاصی ندارد و ممکن است در اثر فشار خون و دیابت ایجاد شود، به همین دلیل بیمار قبل از پارگی رگ متوجه این اختلال نمی شود و درنمییابد که آنوریسم دارد؟ البته این نکته باید ذکر شود که آنوریسم ممکن است در قسمتهای دیگر بدن نیز رخ دهد. تشخیص بیماری آنوریسم عموما با انجام آزمایشات مختلف مانند آنژیوگرافی، سی تی اسکن و MRI انجام گیرد.
از آنجائیکه میزان مرگ و میر این بیماری نسبتا بالا ×گزارش شده است،و همچنین بازماندگان آن نیز به مدت طولانی دچار اختلالات مغزی میشوند لذا پیشبینی زودهنگام و درمان صحیح آنوریسم بسیار مهم است؟ در سالیان اخیر ، استفاده از تکنیکهای پردازش تصویر در پزشکی به یک زمینه تحقیقاتی فعال تبدیل شده است؟ تشخیص آنوریسم ، تشخیص بیماری آب مروارید، تشخیص هویت افراد ، تشخیص سرطان سینه و غیره از جمله زمینه های پزشکی است که پردازش تصویر در آنها وارد شده است. استفاده ازتکنیکهای پردازش تصویر در تشخیص آنوریسمهای مغزی نیز اخیرا بسیار مورد توجه قرار گرفته و کارهای زیادی در رابطه با آن پیشنهاد شده است؟ در این پایان نامه روشی جدید مبتنی بر تکنیک های پردازش تصویر برای تشخیص و آشکارسازی آنوریسم مغزی پیشنهاد می شود.
استفاده از روش های پردازش تصویر برای تشخیص بیماری های مختلف امروزه جایگاه ویژه ای یافته و مورد تحقیق محققان زیادی واقع شده است. در این مجموعه روش ها رشته اطلاعات جمعآوری شده مبتنی بر تغییرات پدیدههای فیزیکی در بدن با بهرهگیری از تکنولوژی تحلیل پردازش الکتریکی و با سرعت بالا تجزیه و تحلیل میشوند و به صورت یک تصویر در میآیند. قابل ذکر است اغلب این تصاویر میتوانند بدون آسیب بدست آیند، به نحوی که هیچ دردی برای بیمار نداشته باشند.
تهیه تصویر از اجزاء ایستای بدن مانند استخوانها و بافتها و ادغام ویژگیهای منحصر به فرد حالتهای مختلف تصویربرداری مثل CT و MRI جهت تهیه تصاویر گویاتر مانند تصاویر سهبعدی و همچنین ارائه الگوریتمهای پردازشی برای مدلسازی بافتهای سالم و ضایعات آنها جهت ارائه روشهای تشخیصی دقیقتر و غیر تهاجمی امروزه خیلی مورد توجه قرار گرفته است. همچنین بررسی فیزیولوژی و حرکت بافتهای دینامیک در بدن مانند قلب و عروق از طریق تصویربرداری عملکردی - Functional Imaging - و تکنیکهای بیدرنگ و همچنین مدلسازی این رفتارها در بافتهای سالم و ناسالم در جهت تشخیص بهتر ناهنجاریها و تصویربرداری مولکولی به منظور مطالعه موقعیت، ساختار و حرکت مولکولها - مانند مولکولها و سلولهای سرطانی - و توجیه این حرکات بر اساس الگوریتمهای آماری و همچنین مطالعه و مدلسازی مکانیسمهای مختلف حیات در سطح مولکولی به صورت غیرتهاجمی برای ارائه روشهای درمانی دقیقتر مثل طراحی آنتیبادیها و ردیابی آنها برای از بین بردن بهتر مولکولها و سلولهای مهاجم و تقلیل آسیب به سلولهای سالم بدن مورد توجه قرار گرفته است.
اهمیت بررسی تصاویر پزشکی همچون سی تی اسکن، MRI و غیره برای تشخیص انواع بیماری و همچنین تکامل تکنیک های پردازش تصویر سبب پیشرفت علم پردازش تصویر در پزشکی شده است. در این پایان نامه روشی جدید برای آشکارسازی آنوریسم مغزی ارائه می گردد. در این روش تصاویر MRI مورد تجزیه و تحلیل رنگی قرار گرفته و سپس توسط یک خوشه بند، کلاسه بندی می گردد. در واقع از آنجائیکه تصاویر MRI اطلاعات طیفی بافت ها را توسط کنتراست های مختلف و بوسیله سه پارامتر 2 T1، 3 T2و PD 4در نظر می گیرند در این پایان نامه به دنبال ارائه روشی جدید برای تقطیع اولیه نواحی مربوط به آنوریسم مبتنی بر کنتراست های مختلف سه پارامتر بیان شده روی فضای رنگی RGB می باشیم. سپس با استفاده از شبکه خود سازمانده - SOM - اقدام به خوشه بندی و آشکارسازی نهایی تصاویر می نماییم.
هدف از این مطالعه ارائه روشی قدرتمند برای تشخیص بیماری آنوریسم مغزی است .با توجه به مطالعاتی که تاکنون صورت گرفته ، تقطیع تصاویر سی تی اسکن و MRI یکی از مهمترین بخشهای تشخیص آنوریسم مغزی است .بنابراین، یکی از نوآوریهای این تحقیق ارائه روشی کارا در تقطیع تصاویر پزشکی است .این روش علاوه بر دقت مناسب در تقطیع تصاویر از لحاظ هزینه محاسباتی نیز عملکرد مناسبی را دارا می باشد. همچنین قابل ذکر است، آشکارسازی بهینه نواحی کاندید آنوریسم مغزی در این تحقیق مبتنی بر یک شبکه خوشه بند با حداکثر دقت ممکن میسر می گردد.
روش انجام کار در این مطالعه نیز مبتنی بر سه بخش می باشد در مرحله اول، از تکنیکهای پیش پردازشی همچون بهبود کنتراست تصویر، متعادلسازی هیستوگرام و غیره برای بهبود کیفیت تصویر استفاده خواهد شد؟ در مرحله دوم، به تقطیع تصویر مورد ارزیابی پرداخته می شود تقطیع تصویر مهمترین بخش این پروژه محسوب می شود و تمرکز اصلی این مطالعه بر روی ارائه روشی قدرتمند برای تقطیع تصویر است.×پس از اینکه تقطیع تصویر انجام شد ، تعدادی ناحیه کاندید آنوریسم خواهیم داشت در مرحله سوم ، ناحیه آنوریسم از بین نواحی کاندید تشخیص داده می شود ناحیه آنوریسم از نظر شکل ، اندازه و شدت رنگ با سایر نواحی تفاوتهایی دارد با بررسی این نواحی میتوان ناحیه آنوریسم را تشخیص داد
مروری بر پیشینه تحقیق
روشهای زیادی برای تکنیکهای تقطیع تصویر وجود دارد برای مثال [1] روشهای تقطیع عروق به چهار دسته رهیافتهای مبتنی بر لبه ، مبتنی بر ناحیه ، مدلهای مبتنی بر کانتورهای فعال و آمیخته تقسیم شده است در رهیافت های مبتنی بر لبه ها مانند 3]،[2از تکنیکهای لبه یابی مانند سوبل ، کنی و غیره استفاده می شود سپس ناحیه های محصور شده توسط لبه ها تقطیع میشوند یکی از مزیت های این تکنیکها کم بودن هزینه های محاسباتی است اما ناقص بودن لبه های اشیا یکی از مشکلات اصلی این زمینه است که باعث شده کار کمتری در این زمینه انجام شود؟ رهیافت دیگر تقطیع تصویر ، روشهای مبتنی بر ناحیه است این رهیافت ها از قدرت خوبی برخوردار هستند به عنوان نمونه ، در [4]از آستانه گذاری برای تقطیع تصویر استفاده شده است استفاده از الگوریتم های رشد ناحیه برای تقطیع تصویر یکی دیگر از روشهای قدرتمند در این دسته است از تکنیک رشد ناحیه استفاده شده است
در دسته سوم ، مدلهای کانتور فعال قرار دارد که مبتنی بر یک تابع انرژی است تکنیک پیشنهادی سعی در مینیمم کردن تابع انرژی در تصویر مورد نظر دارد گرچه روشهای کانتور فعال قدرت بالایی دارند ، اما هزینه محاسباتی بالا یکی از مشکلات آنها محسوب می شود مقالات 7]،[6 روشهایی برای تقطیع تصویر بر اساس کاننتورهای فعال ارائه نموده اند؟ در دسته چهارم ، رهیافت های آمیخته قرار دارند که ترکیبی از رهیافت های سه دسته قبلی هستند ترکیب روشها به منظور استفاده از مزیت های رهیافت های قبلی و دوری از ضعف های آنها است از جمله کارهای این دسته میتوان به [8] اشاره نمود در ادامه به کارهای مهم دیگری که در این زمینه انجام شده است، پرداخته می شود
در 12]،[11 روشی پیشنهاد شده است که ناحیه هایی را به عنوان ناحیه های کاندید آنوریسم در تصویر تقطیع یافته تعیین میکند ، سپس معیاری را به کار می برد تا بتواند آنوریسم مغزی را از بین ناحیه های کاندید تشخیص دهد نحوه تعیین ناحیه های کاندید به اینصورت است که درجه همگرایی بردار گرادیان هر نقطه از رگهای تقطیع یافته اندازه گیری می شود پس از تعیین ناحیه های کاندید با استفاده از معیارهای اندازه ، شکل و شدت تصویر هر ناحیه کاندید مورد تحلیل قرار می گیرد تا ناحیه های نادرست حذف شوند
در [13]ابتدا بر روی تصویر مجموعه ای از عملیات پیش پردازشی همچون فیلتر نقطه ای صورت میگیرد تا کیفیت تصاویر بهبود یابد و برای مراحل بعدی مناسبتر شود سپس تصویر با استفاده از تکنیک آستانه سازی تقطیع می شود و ناحیه های کاندید آنوریسم در تصویر تعیین می شوند برای کاهش دادن ناحیه های کاندید نادرست ، اندازه ، سا ختار محلی و ویژگی های شدت تصویر مورد بررسی قرار گرفته است
در[14]× فیلترهای بهبودیافته خطی چندمقیاسه برای تقطیع تصاویر پزشکی پیشنهاد شده است فیلتر مبتنی بر مشتق جهتی دوم تصویر هموار شده با استفاده از کرنل گوسین در چند مقیاس است در این مطالعه برای ارزیابی روش پیشنهادی خود ، از تصاویرMRI، سی تی اسکنِ قفسه سینه و ششها استفاده نموده اند
استفاده از عملگرهای مورفولوژی نیز در این زمینه کاربرد زیادی دارد و روشهایی نیز پیشنهاد شده که متمرکز بر این عملگرها هستند روشی پیشنهاد شده که از 8 عملگر مورفولوژی برای تقطیع استفاده شده است همچنین روش پیشنهادی از یک الگوریتم آستانه سازی تطبیقی برای استخراج نواحی عروقی از تصویر اصلی استفاده میکند. [16] از جمله ، بعضی از روشهای پیشنهادی از اطلاعات و تصاویر سه بعدی بهره می برند به عنوان نمونه ، مقالات 16]،[15 کارهایی هستند که مبتنی بر اطلاعات سه بعدی هستند روش پیشنهادی در[15] ، پس از نرمالیزه کردن تصویر، با اعمال یک فیلتر بهبود دهنده کاندیداهای اولیه تعیین میشوند سپس تصاویر با استفاده از الگوریتم خوشه بندیK میانگین بهبود یافته خوشه بندی میشوند سپس یک گام پس پردازشی برای کاهش تعداد پیش بینی های نادرست به کار میرود این معیار به صورتی است که تا حد ممکن ناحیه های کاندید نادرست را از بین ببرد این روش بر روی93 تصویر مورد ارزیابی قرار گرفت که در نهایت با دقت95×% ناحیه های آنوریسم مغزی به درستی تشخیص داده شده است
در اینجا از ویژگی جدیدی برای تشخیص اتوماتیک آنوریسم های مغزی در تصاویر آنژیوگرافی استفاده شده است؟ ویژگی های سطح بالا و سطح پایین برای تفسیر آنوریسم ها ادغام میشوند این ویژگی در یکسیستمِ تشخیص آنوریسم و سی تی اسکن استفاده می شود روش پیشنهادی بر روی 66 داده آنژیوگرافی شامل موارد با MRI در دو نوع تصویر آنوریسم و بدون آنوریسم مورد ارزیابی قرار گرفت که دقت آن در تشخیص ناحیه های آنوریسم93% بوده است
مقالاتی ، مرور جامعی در این زمینه انجام داده اند که مطالعه آنها مفید خواهد بود اما با بررسی مطالعات بالا و بسیاری از روشهای پیشنهادی دیگر چالش هایی در این زمینه مشخص می شود که محققان سعی در برطرف کردن این چالشها دارند این چالشها عبارتند از :
روشی برای ارزیابی دقت روشهای پیشنهادی مختلف در تقطیع رگها این مقایسه باعث می شود قدرت روشهای مختلف تعیین و نسبت به هم سنجیده شود
روشهای اتوماتیک اکثر روشهای حاضر نیاز دارند تا کاربر به صورت دستی در ابتدا پارامترهایی را تنظیم نماید که این موضوع چندان مطلوب نیست
روشی برای اتصال بخشهای رگهای جدا شده از هم روشی برای بهبود تقطیع با استفاده از روشهای پیش پردازشی موثر مانند فیلترهای قابل تطبیق محلی عدم وجود پایگاه داده استاندارد در این زمینه.
