ارتقاء عروق کرونری در تصاویر آنژیوگرافی قلب با استفاده از بانک فیلتر جهتی

بیماری های قلبی از شایع ترین عوامل مرگ و میر در دنیاست. انسداد شریان یک بیماری دیواره ی رگ است که در آئورت، شاهرگ، کرونر و عروق جانبی می تواند رخ دهد.آنژیوگرافی با اشعه ایکس سالهای متمادی بعنوان روشی استاندارد برای تشخیص انسداد یا گرفتگی های کرونری بکار گرفته شده است. در تصاویر آنژیوگرافی علاوه بر رگ های خونی، ساختارها و بافت های دیگر موجود در ناحیه تابش اشعه نیز در پس زمینه مشاهده می شود. هرچند از تکنیکی بنام آنژیوگرافی تفریق دیجیتالی برای حذف عناصر پس زمینه استفاده می شود، ولی این تکنیک موفق به حذف همه ی ساختارهای اضافی نمی شود. لذا نیاز به الگوریتم هایی مطرح می شود که بتوانند بصورت اتوماتیک رگ های موجود در تصاویر آنژیوگرافی را ارتقاء داده و عناصر موجود در پس زمینه را حذف کنند. از این رو جداسازی اتوماتیک عروق کرونری در تصاویر پزشکی همیشه یکی از مسائل مهم بوده و چالش های فراوانی بر سر آن وجود داشته است. از دلایلی که باعث عدم عملکرد بهینه الگوریتم های آشکارسازی می شود، مات بودن ذاتی تصویر، رفتار شبه گوسی پروفایل رگ و وجود نویز و ساختارهای زائد در تصویر می باشد. در این تصاویر رگ ها لبه های مشخص ندارند، لذا تعریف دقیق از دقت آشکارسازی کار ساده ای نیست. با مرور بر کارهای انجام شده، در این تحقیق برخی ازالگوریتم های کارآمد اخیر انتخاب و پیاده سازی می شوند. از جمله این الگوریتم ها، ارتقاء رگ مبتنی بر ddfb نرم شده است که در مقابل نویز مقاوم بوده و در نقاط تلاقی رگ ها باعث گسستگی نمی شود. گسستگی در زمانی که رگ ها به کمک ماتریس هِسیَن و مقادیر ویژه ی آن، بدون تجزیه جهتی، آشکار می شوند، کاملاً مشهود است. الگوریتم دوم که مبتنی بر اطلاعات جهتی است، از فیلترهای جهتی گابور برای ارتقاء رگ استفاده می کند. سومین الگوریتمی که در این تحقیق مطالعه و بررسی می شود، آشکارسازی رگ با افزودن ضریب شاخص لبه نام گذاری شده است. این الگوریتم بدون استفاده از اطلاعات جهتی، تنها با اضافه کردن ضریبی در تابع آشکارسازی رگ و با تنظیم پارامترها و استفاده از مقیاس بهینه به آشکارسازی رگ می پردازد. الگوریتم مبتنی بر ddfb، به علت عملکرد بهتر نسبت به سایر الگوریتم ها، انتخاب و با جزئیات بیشتری بررسی و مطالعه می شود. در این تحقیق برای برخی از نقاط ضعف این الگوریتم راه کاری پیشنهاد می شود. همچنین الگوریتمی پیشنهاد می شود که با تجزیه جهتی به کمک بانک فیلتر fdfb و تعریف دو فوق پارامتر جدید، پارامترهای حساسیت تابع آشکارسازی رگ را که از اهمیّت ویژه ای برخوردار هستند، بصورت محلی و با استفاده از مشخصات آماری تصویر مانند واریانس تنظیم می کند. از سیستم استنتاج فازی در تعیین فوق پارامترها استفاده می شود. نتایج بدست آمده با استفاده از معیار رسم منحنی roc و hdm عملکرد بهتر الگوریتم پیشنهادی را نسبت به دو روش قبل نشان می دهند. در معیار sensitivity روش پیشنهادی به ترتیب 19/8 و 2/13 درصد بهبود نسبت به الگوریتم مبتنی بر ddfb و افزودن ضریب شاخص لبه داشت. با معیار specificity این بهبود به ترتیب 72/7 و 67/13 درصد می باشد. ماکزیمم اختلاف بین مرز رگ آشکار شده با مرز حقیقی، در روش پیشنهادی بطور متوسط 24/7 پیکسل بوده که این مقدار در دو الگوریتم سابق به ترتیب 04/15 و 65/22 می باشد. رسم پروفایل قطر رگ ها نیز می تواند حاوی اطلاعات ارزشمندی جهت تخمین نقاط گرفتگی رگ باشد. از این رو در این تحقیق الگوریتمی برای رسم پروفایل رگ ها نیز ارائه می شود. این الگوریتم قابلیت آن را دارد که پس از رسم پروفایل تمام شاخه های رگ و نرم کردن پروفایل رسم شده به کمک فیلتر غیرخطی پخشی، نقطه احتمالی گرفتگی را از روی افت شدید پروفایل هر شاخه تعیین و در تصویر اصلی مشخص کند. از مزایای این الگوریتم پیشنهادی تشخیص اتوماتیک محل گرفتگی درخت رگ و مشخص کردن آن در تصویر برای بررسی دقیق تر پزشک می باشد. کلمات کلیدی: 1- آنژیوگرافی تفریق دیجیتال، 2-ارتقاء و آشکارسازی عروق کرونر، 3- بانک فیلترهای جهتی، 4-تجزیه جهتی تصویر، 5-پروفایل قطر رگ و 6- تخمین محل گرفتگی.