پایان نامه ارائه یک روش برای بخش بندی بطن راست و چپ از تصاویر MRI قلبی

تومان8,000

پایان نامه ارائه یک روش برای بخش بندی بطن راست و چپ از تصاویر MRI قلبی

توضیحات

چکیده

بررسی ساختار و عملکرد بطن­های قلب در تصاویر رزونانس مغناطیسی یک گام مهم در مدیریت بسیاری از اختلالات قلبی به حساب می­آید. با اینکه بخش­بندی دستی بطن­های قلب نتایج خوبی را حاصل می کند، اما بخش­بندی دستی بطن ها خصوصا بطن راست به علت هندسه پیچیده آن کار وقت­گیری می­باشد. بنابراین بخش­بندی اتوماتیک بطن راست و چپ ضروری به نظر می­رسد. در این طرح یک روش اتوماتیک جدید بر اساس ترکیب روش ﺑﻬﻴﻨﻪ­ﺳﺎزي دﺳﺘﻪ ذرات( PSO) و پیمایش تصادفی بهبود یافته ارائه شده است. PSO یک روش تکاملی بر اساس جمعیت می­باشد که ازطریق این روش قسمت­های دارای شدت روشنایی مشابه از تصویر را بخش­بندی می­کنیم و در نهایت بخش بندی نهایی بطن راست و چپ توسط پیمایشگر تصادفی بهبود یافته انجام می­شود. در روش پیمایشگر تصادفی یک تعداد پیکسل توسط کاربر برچسب گذاری می­شود، اما در روش ارائه شده انتخاب نقاط برچسب دار به صورت خودکار و توسط روش PSO انجام می شود.

برای بررسی صحت روش ارائه داده شده، روش پیشنهادی را بر روی تعداد زیاد و متفاوت از تصاویر اعمال کردیم و نتایج قابل قبولی را از لحاظ کلینیکی و تکنیکی مشاهده نمودیم.

 

کلمات کلیدی: تصاویر رزونانس مغناطیسی، بخش­بندی بطن چپ و راست، روش ﺑﻬﻴﻨﻪ­ﺳﺎزي دﺳﺘﻪ ذرات ، الگوریتم پیمایش تصادفی.

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- کلیات…………………………………………………………………………………………………………………………………… 2

1-2- قلب انسان……………………………………………………………………………………………………………………………. 7

1-2-1- ساختار و عملکرد قلب………………………………………………………………………………………… 7

1-3-تصویر برداری ام ار آی………………………………………………………………………………………………………… 10

1-3-1- ام ار آی قلبی……………………………………………………………………………………………………… 12

1-4-توجیه ضرورت انجام طرح و روش کار…………………………………………………………………………. 14

1-5-مساله پژوهش از دیدگاه پزشکی………………………………………………………………………………….. 16

 

فصل دوم: موضوع و پیشینه تحقیق

2-1-مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………….. 18

2-2- روش های بخش بندی تصاویر ام ار آی قلبی…………………………………………………………….. 18

2-2-1- روش بخش­بندی اتوماتیک………………………………………………………………………………… 20

2-2-2- روش های نیمه اتوماتیک………………………………………………………………………………….. 22

2-2-2-1- بخش بندی با دانش ضعیف یا بدون دانش……………………………………………. 22

2-2-2-1-1- روش­های مبتنی بر تصویر…………………………………………………………….. 22

2-2-2-1-2- روش­های مبتنی بر طبقه بندی پیکسل………………………………………. 23

2-2-2-1-3- مدل های متغیر…………………………………………………………………………….. 24

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

2-2-2-1-4 نتیجه گیری……………………………………………………………………………………… 26

2-2-2-3- بخش­بندی با دانش قوی…………………………………………………………………………. 27

2-2-2-3-1- تغییر شکل مدل با دانش اولیه قوی…………………………………………….. 28

2-2-2-3-2- شکل فعال و مدل­های ظاهری……………………………………………………… 28

2-2-2-3-3- بخش­بندی مبتنی بر اطلس………………………………………………………….. 30

2-2-2-3-4- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………… 32

 

فصل سوم: بخش­بندی بطن راست و چپ از تصاویر MRI قلب

3-1-مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………….. 38

3-2- روش PSO……………………………………………………………………………………………………………………. 40

3-3- عملیات ساختاری…………………………………………………………………………………………………………. 44

3-4- روش پیمایشگر تصادفی………………………………………………………………………………………………. 47

3-4-1- وزن یال­ها…………………………………………………………………………………………………………… 50

3-4-2- مسئله دیریکله ترکیبی……………………………………………………………………………………… 51

3-4-3- قیاس مداری………………………………………………………………………………………………………. 51

3-4-4- ارتباط روش با فرایند انتشار در بینایی ماشین…………………………………………………. 52

3-4-5- روش پیمایش تصادفی بهبود داده شده……………………………………………………………. 54

3-4-6- خلاصه الگوریتم…………………………………………………………………………………………………. 55

3-4-7- ویژگی­های الگوریتم از نظر تئوری…………………………………………………………………….. 55

3-4-8- ویژگی­های رفتاری……………………………………………………………………………………………… 57

3-4-8-1- مرزهای ضعیف………………………………………………………………………………………… 57

3-4-8-2- مقاومت در برابر نویز……………………………………………………………………………….. 58

3-4-8-3- نواحی مبهم و فاقد برچسب……………………………………………………………………. 59

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

فصل چهارم: بررسی نتایج

4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 61

4-2- خصوصیات داده­ها………………………………………………………………………………………………………… 61

4-3- نحوه پیاده­سازی روش پیشنهادی……………………………………………………………………………….. 62

4-4- بحث روی نتایج حاصل از روش¬های پیشنهادی………………………………………………………. 64

4-5- بررسی تکنیکی…………………………………………………………………………………………………………….. 67

4-5-1- ضریب Dice……………………………………………………………………………………………………….. 69

4-5-2- محاسبه تشابه…………………………………………………………………………………………………….. 70

4-6- مقایسه با روش­های پیشین…………………………………………………………………………………………. 71

4-7- نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………… 76

 

فصل پنجم: جمع­بندی و کارهای آینده

5-1-مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………….. 78

5-2- پیشنهادات برای مطالعات آینده………………………………………………………………………………….. 79

 

فهرست منابع…………………………………………………………………………………………………………………………….. 80

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                      صفحه

جدول2-1. مروری بر روش­های ارائه شده در 70 مقاله…………………………………………………………….. 34

جدول3-1. مراحل الگوریتم PSO………………………………………………………………………………………………. 41

جدول4-1. الف) مشخصات نمونه­های استفاده شده در این تحقیق

(بانک داده­ای MICCAI) ب) مشخصات نمونه­های استفاده شده در این تحقیق

(بانک داده­ای STACOM)………………………………………………………………………………………………………….. 62

جدول 4-2. پارامترهای الگوریتم PSO………………………………………………………………………………………. 63

جدول 4-3.  دقت روش ارائه شده در بطن چپ و راست توسط معیار Dice…………………………… 69

جدول 4-4. دقت روش ارائه شده در بطن چپ و راست توسط معیار شباهت (%) δ………………. 71

جدول 4-5. خطای بخش­بندی در روش ارائه شده……………………………………………………………………. 75

فهرست شکل­ها

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 1-1. تصویر بخش­بندی شده در دو ناحیه………………………………………………………………………….. 4

شکل1-2. شکل هندسی بطن چپ و راست………………………………………………………………………………… 5

شکل1-3. تصویر کامل  MRI قلب………………………………………………………………………………………………. 6

شکل1-4- تصویر ساختار قلب……………………………………………………………………………………………………… 7

شکل 1-5. تصویر  MRI قلبی در پایان دیاستول (سمت چپ)

و پایان سیستول (سمت راست)……………………………………………………………………………………………………. 9

شکل 1-6 . تصویر قلب در پایان دیاستول (سمت چپ) و پایان سیستول (سمت راست)………. 10

شکل 1-7. تصویر برداری ام آر آی……………………………………………………………………………………………… 11

شکل1-8. تغییرات قلب در تصویر MRI…………………………………………………………………………………….. 13

شکل 1-9. اسلایس­های short-axis از apex to base……………………………………………………………… 14

شکل1-10. تصویر بخش بندی شده دستی MRI…………………………………………………………………….. 15

شکل 2-1 . محاسبه خودکار ROI در تصویرMRI با روش

تصویر منتخب ژورنالElsevier………………………………………………………………………………………………….. 21

شکل 2-2 . استفاده از کانتورهای فعال برای بخش بندی بطن چپ قلب

در تصاویر MRI کانتور ابتدایی با رنگ سیاه مشخص شده است……………………………………………… 25

شکل 2-3. در تصویر بالا a مربوط به مرحله Mid-diastole و در b تصاویر

بخشبندی mesh با فیبر مستقیم و در c هم بطن چپ و راست را می بینیم…………………………. 26

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

شکل 2-4. تصویر سه بعدی قلب و استفاده از الگوریتم انطباق………………………………………………… 27

شکل 2-5. (a) تصویر سه بعدی بخشبندی شده توسط AMM،

(b تصویر بخشبندی شده بصورت دستی…………………………………………………………………………………… 30

شکل 2-6 . بخش­بندی بر مبنای اطلس…………………………………………………………………………………….. 31

شکل3-1. روند روش ارایه شده…………………………………………………………………………………………………… 39

شکل 3-2. روش PSO………………………………………………………………………………………………………………… 40

شکل 3-3 . الف- تصویراصلی و  بخش­بندی شده نمونه اول ب- تصویراصلی

و  بخش­بندی شده نمونه دوم…………………………………………………………………………………………………….. 43

شکل 3-4. الف) نتیجه بخش­بندی توسط PSO و ساختار عملیاتی نمونه اول

ب) نتیجه بخش­بندی توسط PSO و ساختار عملیاتی نمونه دوم……………………………………………. 46

شکل3-5. محاسبه احتمال اینکه پیمایشگر تصادفی با شروع از نقطه vi ابتدا

به نقطه برچسب گذاری شده xi برسد کافی است مسیله مدار الکتریکی

معادل با مسیله ترکیبی دیریکله را حل کرد………………………………………………………………………………. 48

شکل 3-6.تصویر اصلی، تصویر باینری بخش­بندی­شده توسط الگوریتم  PSO

و ساختار عملیاتی و تصویر باینری بخش­بندی شده توسط پیمایشگر تصادفی بهبود یافته،

الف) نمونه اول، ب)نمونه دوم…………………………………………………………………………………………………….. 56

شکل 3-7. بررسی مرزهای ضعیف……………………………………………………………………………………………… 58

شکل3-8. یافتن مرزهای ضعیف…………………………………………………………………………………………………. 58

شکل3-9. (الف) تصویر ورودی و (ب) تصویر نهایی بخش بندی شده……………………………………… 59

شکل 4-1. تصاویر باینری که توسط  الگوریتم PSO بخش­بندی شده است.

الف) بیمار اول ب)بیمار دوم ج)بیمار سوم د) بیمار چهارم………………………………………………………… 65

شکل 4-2. تصاویر باینری که توسط روش PSO و ساختارهای عملیاتی

بخش­بندی شده است. الف)بیمار اول ب) بیمار دوم ج) بیمار سوم د) بیمار چهارم…………………. 66

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

شکل 4-3. تصاویر بخش­بندی شده نهایی توسط روش پیمایشگر تصادفی بهبود یافته…………… 67

شکل 4-4. نتایج حاصل از بخش­بندی توسط مدل ارائه شده و بخش­بندی دستی

توسط فرد متخصص، خطوط قرمز رنگ بخش­بندی توسط مدل ارائه شده

و بخش­بندی دستی خطوط سبز رنگ………………………………………………………………………………………… 68

شکل 4-5. تصاویر بخش­بندی شده توسط روش پیمایش تصادفی سنتی……………………………….. 72

شکل 4-6.. الف- تصویر بخش­بندی شده توسط PSO و پیمایش تصادفی سنتی

ب- تصاویر بخش­بندی شده توسط روش پیمایش تصادفی بهبود یافته بدون PSO

ج- بخش­بندی توسط روش ارائه شده………………………………………………………………………………………… 72

 

×
×

سبد خرید