Αυτόματη Ανίχνευση Αθηρωματικής Πλάκας Σε Εικόνες B- Mode Υπερήχων Μέσω Ανάλυσης Υφής

Abstract

Η καρωτιδική αθηρωμάτωση αποτελεί τη συχνότερη αιτία αγγειακών εγκεφαλικών επεισοδίων, γεγονός που δημιουργεί την ανάγκη έγκαιρης και έγκυρης διάγνωσης της νόσου. Ωστόσο, το μεγάλο πλήθος των περιστατικών καθιστά απαραίτητη την υποβοηθούμενη διάγνωση, η οποία διευκολύνει τους ιατρούς στο έργο τους και υποστηρίζεται από τη δημιουργία και εφαρμογή αλγορίθμων αυτόματης κατάτμησης της αθηρωματικής πλάκας. Η δημιουργία ενός αλγορίθμου αυτόματης κατάτμησης της αθηρωματικής πλάκας αποτελεί τον σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Ο συγκεκριμένος αλγόριθμος δέχεται ως είσοδο μία εικόνα υπερήχων B- mode της καρωτιδικής αρτηρίας και ανιχνεύει τα όρια της αθηρωματικής πλάκας μέσω μίας μεθόδου αυτόματης κατάτμησης. Τα πλεονεκτήματα και οι αδυναμίες των μεθόδων κατάτμησης κατωφλίου, περιοχών, ακμών, συσταδοποίησης, Watershed, γράφου, Μαρκοβιανών Τυχαίων Πεδίων, ενεργών καμπυλών, επιπεδοσυνόλων και άλλων αξιολογήθηκαν για το υπό μελέτη πρόβλημα κατάτμησης μέσω μίας εκτενούς βιβλιογραφικής ανασκόπησης. Το συμπέρασμα που εξάχθηκε είναι ότι η μέθοδος των επιπεδοσυνόλων είναι η πιο κατάλληλη για την κατάτμηση της αθηρωματικής πλάκας και επελέγη για την υλοποίηση του αλγορίθμου αυτόματης κατάτμησης. Αρχικά, ο αλγόριθμος αυτόματης κατάτμησης κανονικοποιεί την εικόνα εισόδου στο επιθυμητό διάστημα φωτεινοτήτων και απομονώνει την περιοχή στην οποία βρίσκεται ο αυλός. Στη συνέχεια, εντοπίζει το τμήμα της διεπιφάνειας μεταξύ του αυλού και του οπίσθιου τοιχώματος της αρτηρίας και σχηματίζει τα άνω και κάτω όρια του αυλού- τοιχωμάτων. Επιπλέον, πραγματοποιείται απομόνωση της περιοχής στην οποία βρίσκεται η αθηρωματική πλάκα. Η περιοχή αυτή χρησιμοποιείται για την αρχικοποίηση της συνάρτησης επιπεδοσυνόλου. Τέλος, ο αλγόριθμος φιλτράρει την εικόνα του αυλού μέσω ενός υβριδικού φίλτρου μέσου, προκειμένου να μειωθεί ο θόρυβος και εξάγει τα τελικά όρια της αθηρωματικής πλάκας, χρησιμοποιώντας, ξεχωριστά, δύο τεχνικές επιπεδοσυνόλων, τη μέθοδο εξέλιξης επιπεδοσυνόλου χωρίς επαναρχικοποίηση (LSWR) και τη μέθοδο εξέλιξης επιπεδοσυνόλου κανονικοποιημένης απόστασης (DRLSE). Οι δύο τεχνικές επιπεδοσυνόλων εφαρμόστηκαν σε ένα σύνολο συνθετικών εικόνων με άριστη απόδοση. Επιπλέον, ο συνολικός αλγόριθμος αυτόματης κατάτμησης εφαρμόστηκε σε δύο σύνολα ασθενών, τα οποία συμπεριλαμβάνουν 24 εικόνες και 96 βίντεο υπερήχων B- mode αντίστοιχα. Στο πρώτο σύνολο, ο αλγόριθμος παρουσίασε υψηλά ποσοστά στους δείκτες ακρίβειας και ειδικότητας και επέδειξε ικανοποιητική απόδοση στην ανίχνευση των πλακών. Στο δεύτερο σύνολο, η ακρίβεια και η ειδικότητα παρέμειναν σε υψηλά επίπεδα, αλλά η απόδοση του αλγορίθμου μειώθηκε σε σχέση με το πρώτο σύνολο κυρίως λόγω της χαμηλότερης ποιότητας των αρχικών εικόνων.