Fractal Features Extraction From Physiological Signals With Application To A Computer Aided Diagnostic System For Mammographies

Abstract

Ο μέγαλος βαθμός αυτο-ομοιότητας των δομών και σημάτων της φυσιολογίας ενθαρρύνει την χρήση φράκταλ (=κλασματομορφικών) χαρακτηριστικών για την μελέτη τους. Κατά την διάρκεια των προηγούμε- νων εικοσιπέντε χρόνων ποικιλία εφαρμογών έχει προταθεί από την μοντελοποίηση μέχρι την βελτίωση ιατρικών εικόνων και διαγνωστικών συστημάτων υποβοηθούμενα από υπολογιστή (CAD). Προαπαιτού- μενο για τις περισσότερες από αυτές τις εφαρμογές είναι η ανάτπυξη ενός ικανοποιητικού τρόπου εκτίμησης της φράκταλ διάστασης ή γενικότερα ποσοτικοποίησης της εμφάνισης φράκταλ χαρακτηριστικών (fractality) σε ένα σήματα. Στα πλαίσια αυτής της εργασία τέτοιοι αλγόριθμοι μελετήθηκαν μαζί με τεχνικές για την εφαρμογή τους σε διαφορετικούς τύπους ιατρικών σημάτων (υφή εικόνων φωτεινότητας, περιγράμματα, μονοδιάστατες χρονοσειρές, τρειδιάστατες δομές, κ.ά). Ένα σύνολο εργαλείων υλοποιήθηκε σε Matlab και δοκιμάστηκε στα πλαίσια ενός CAD συστήματος για καρκίνο του στήθους. Η εφαρμογή των αλγορίθμων στην Ψηφιακή Βιβλιοθήκη Προληπτικών Μαστογραφιών (DDSM) και η χρήση τεχνικών αναγνώρισης προτύπων, οδήγησε σε ποσοστά σωστής κατηγοριοποίησης καλοήθων από κακοήθης όγκους σε ποσοστό 88% σε δείγμα όπου ο ειδικός ακτινολόγος πέτυχε 60%. αποδεικνύοντας έτσι την συσχέτιση ανάμεσα στον καρκίνο του στήθους και των φράκταλ χαρακτηριστικών των ευρημάτων. Η ενσωμάτωση ενός τέτοιου συστήματος στην κλινική εφαρμογή θα μπορούσε να μειώσει τον αριθμό των ψευδών-θετικών διαγνώσεων και τις τραυματικές και δαπανηρές διαδικασιές που τις ακολουθούν. Το υλοποιημένο σύστημα εξαγωγης φράκταλ χαρακτηρικών μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα σε άλλες ασθένειες και τύπους σημάτων.