بخشی از مقاله
چکیده
تقسیم بندی تصاویر نقش مهمی در بسیاری از کاربرد های پردازش تصویر ایفا می کند . تشخیص پوسیدگی دندان و میزان پیشرفت آن تا ریشه دندان یکی از مسائل مهم در دندان پزشکی می باشد. پزشک با توجه به پیشرفت پوسیدگی به عاج دندان می تواند در مورد عصب کشی آن تصمیم بگیرد. ولی تشخیص پوسیدگی و محل دقیق ریشه های دندان حتی در تصاویر رادیولوژی، مهارت خاصی را طلب می کند.
بنابراین استفاده از الگوریتمی برای تشخیص این نواحی می میتواند کمک شایانی به آنها نماید. در این مقاله از الگوریتم کرنل فازی خوشه بندی -cمیانگین که خیلی بهتر از الگوریتم فازی خوشه بندی در محیط نویزی عمل می کند، استفاده می کنیم. نواحی پوسیدگی و پیشرفت آن ها را بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که با استفاده از این الگوریتم می توان محل های ریشه ی دندان و پوسیدگی ها را تعیین کرد. همچنین این روش لبه های داخلی و خارجی دندان را بهتر از روش های تشخیص لبه بر پایه مشتق گیری مشخص می کند.
مقدمه :
پوسیدگی دندان یکی از بیماری های رایج است که اکثر افراد جامعه به آن دچار می شوند. این پوسیدگی ها از عصر حجر توسط غذاهای گیاهی که دارای کربوهیدرات بودند، افزایش یافته است .[1] تشخیص آنها بستگی به فعالیت ناحیه آسیب دیده، پیشرفت سریع یا کند آن دارد. بنابراین برای پیشگیری و کنترل بیماری های دندان لازم است فرآیند ایجاد و پیشرفت این بیماری ها تعیین شود.
با افزایش تعداد باکتری ها و رسوب زیادتر مواد غذایی و محتویات بزاق توده ای ایجاد می شود که پلاک دندان گفته می شود. این پلاک در مراحل اولیه بی رنگ بوده و با افزایش ضخامت آن نمای سفید مایل به زرد پیدا می کند. پوسیدگی ها ساختار های خراب شده دندان توسط باکتری های تولید کننده اسید در دهان هستند. این باکتری ها در اثر تمیز نکردن مناسب که به صورت پلاک های سفید یا زرد بی رنگ روی دندان ساخته می شوند، آشکار می شوند.
متاسفاته تاکنون روش حساس و خاص کلینیکی برای تشخیص مراحل اولیه اش وجود ندارد. صحت تشخیص پوسیدگی های اولیه ارزش کلینیکی بالایی داشته و باعث درمان زود هنگام آن می شود. سه نوع پوسیدگی دندان وجود دارد [2]، نوع اول پوسیدگی های مینایی هستند که به شکل یک میکروب در پلاک دندان ظاهر می شوند. نوع دوم پوسیدگی های عاج دندانی هستند که با گسترش ذاتی میکروب ها به رگه های باریک عاج دندانی پخش می شوند. نوع آخر پوسیدگی های مغزی که ریشه ی اصلی و سطحی دندان را پوشش می دهند.
در پردازش تصویر، تقسیم بندی ناحیه هایی با سطح لول یکسان کمک شایانی به پزشکان در تشخیص بیماری های خاص کرده است. خوشه بندی در بسیاری از مفاهیم و کاربرد ها نظیر بازیابی فایل ها، تقسیم بندی تصاویر و کلاس بندی الگو ها استفاده شده است. هدف این روش دسته بندی الگو های غیر برچسب شده به شماره گروه های معین بر اساس میزان شباهت می باشد.
معمولا این شباهت ها با فاصله اقلیدسی محاسبه می شوند. روش های عمده خوشه بندی شامل خوشه بندی سخت و فازی می باشند. در خوشه بندی سخت مرز بین کلاستر ها به طور کامل مشخص شده است، در حالی که در بسیاری از کاربرد های عملی الگوهای ورودی معین ممکن است تنها به یک کلاس تعلق نداشته باشند و هر کلاستر اندکی به کلاستر دیگر مربوط باشد. بنابراین خوشه بندی فازی برای کاربردهای چند کلاسه که تابع عضویت مختلفی دارند مرسوم تر است. اخیرأ محققان همکاری های زیادی برای بهبود بهتر تقسیم بندی تصویر در زمینه ی الگوریتم فازی -cمیانگین داشته اند .
تولیاس، یک سیستم قانون فازی جدید برای پیوستگی فضایی الگوریتم FCM ارائه کرد .[3] فام، تابع هدف در الگوریتم FCM که شامل اطلاعات درجه اول و دوم در تصویر می باشد، را معرفی کرد .[4] در سال های اخیر، از روش کرنل به عنوان ابزاری قدرتمند در یادگیری ماشین استفاده شده است. در این مقاله ابتدا مختصراً به انواع کلاس بندی پوسیدگی ها و بررسی تصاویر رادیولوژی پرداخته و سپس در مورد الگوریتم های خوشه بندی فازی -cمیانگین توضیحی داده و در آخر نتایج شبیه سازی بررسی می کنیم.
کلاس بندی پوسیدگی های دندان:
کلاس بندی پوسیدگی های دندان از اهمیت مهمی در تصمیم گیری، تشخیص و درمان بیمار داشته و می تواند در مطالعه جزئیات و بررسی خصوصیات دندان بیمار نیز به کار رود. پوسیدگی های دندان شامل چهار کلاس اولیه، متوسط، پیشرفته، شدید می باشد :[5]
کلاس اولیه: از بالا تا نصف ضخامت مینای دندان را شامل می شود .معمولا قابل ترمیم بوده و با فلورید نیز درمان می شود کلاس متوسط: بیش از نصف ضخامت مینا تا محل اتصال مینا با عاج دندان رشد کرده است .
کلاس پیشرفته : از محل اتصال مینا و عاج دندان تا داخل عاج دندان رشد می کند . کلاس شدید : بیش از نصف عاج دندان را دربر می گیرد
تصاویر اشعه ایکس :
اشعه ی ایکس در سال 1895 توسط رونتگن کشف شد .[6] که متعلق به قدیمی ترین منابع حاصل از پرتوهای الکترو مغناطیس مورد استفاده در تصاویر می باشند. بهترین کاربرد از این اشعه ها در تشخیص های پزشکی است ولی در بسیاری از کارهای صنعتی مانند ستاره شناسی نیز استفاده می شود. از یک تیوب اشعه ایکس ساخته شده اند که دارای تیوبی خالی از هوا، آند و کاتد می باشد. ابتدا قسمت کاتد آنقدر گرم می شود تا الکترون های آزاد را منتشر کند. این الکترون ها با سرعت زیاد به سمت آند حرکت می کنند. زمانی که به هسته مرکزی برخورد می کنند، انرژی آزاد شده به صورت اشعه ایکس تابیده می شود.[7] برای تشخیص پوسیدگی های دندان سه نوع روش وجود دارد:[8]
الف - اشعه های ایکس پانوراما: این نوع تصاویر بخش عظیمی از فک ها، دندان ها، حفره ها و بخشی از نواحی بینی را نشان می دهند. همچنین مشکلات نظیر به هم چسیدگی دندان ها، ناهنجاری های استخوان ها، تومورها، عفونت ها، شکستگی ها و پوسیدگی ها را نشان می دهند.
ب - اشعه های ایکس بایت وینگ: بخش بالایی و پایینی پشتی دندان ها و نحوه تماس آنها با یکدیگر نشان می دهند . همچنین ضایعات استخوان های که توسط بیماری های شدید لثه و یا عفونت های دندان به وجود می آیند، نشان می دهند.
ج - اشعه ایکس پری اپیکال: کل دندان، از سر آن تا استخوان های مجاور آن را نشان می دهند . این اشعه ها برای پیدا کردن مشکلات دندان در بخش زیرین خطوط لثه، یا در فک نظیر دندان های چسبیده به هم، آبسه ها و تومورها استفاده می شوند.
