طراحی یک سیستم بهبود یافته "آنالیز اسپرم به کمک کامپیوتر" با بهره گیری از تکنیک های هوش مصنوعی

اگرچه عوامل بسیاری در ارتباط با وقوع مشکل در قدرت و میزان باروری یک مرد دخالت دارند، اما بررسی نمونه منی، اولین و ساده ترین روش برای تعیین وضعیت باروری مردان است. البته بررسی نمونه منی طیف گسترده ای از روش ها را در بر می گیرد: از حالت های فیزیکی نمونه که با چشم غیر مسلح قابل تشخیص است تا آزمایش های پیچیده شیمیایی و عملکردی. از مهم ترین شاخص های یک نمونه منی که همه آزمایشگاه ها آن ها را مدنظر قرار می دهند (صرف نظر از روش های متفاوت بررسی) غلظت اسپرم ها در نمونه، وضعیت حرکت اسپرم های موجود در نمونه و وضعیت ریخت شناختی آن ها می باشد. در واقع آنچه که در بررسی چشمی این خصوصیات نمونه منی مشکل ساز می شود، وابستگی نتایج به دقت و تجربه و خبرگی آزمایشگر است. علاوه بر آن، وقتی که اسپرم های با حرکت سریع در نمونه منی وجود داشته باشند، نویزهایی در تصویر وجود داشته باشد و یا ابزارهای پیشرفته و امکانات ویژه برای آنالیز نمونه منی وجود نداشته باشد، خطاهای این بخش از آنالیز بیشتر خود را آشکار می سازد. اصلی ترین علت حضور کامپیوتر در آزمایشگاه های تشخیص طبی، یکسان سازی و استاندارد نمودن و مستقل کردن نتایج آزمایشگاه ها از آزمایشگر یا همان کاربر است به گونه ای که بتوان نتایج آنالیز را برای تشخیص باروری و مقایسه استفاده نمود. با در نظر گرفتن ضرورت و اهمیت این موضوع، هدف این پایان نامه شناخت سیستم های پیشین آنالیز کامپیوتری اسپرم ، بررسی معایب آن ها و به کارگیری تکنیک های هوش مصنوعی و همچنین اجرای الگوریتم های کامپیوتری جهت بهبود شاخص ها و پارامترهای مرتبط با مورفولوژی اسپرم های موجود در نمونه در سیستم های ارائه شده ی پیشین است. هدف این تحقیق در بیانی خاص تر، اعمال تکنیک های پردازش تصویر و بازشناسی الگو روی تصاویر ورودی است تا با کمک به استخراج شاخص ها از روی خصوصیات اصلی نمونه منی، تصمیم گیری در مورد وضعیت باروری آن فرد امکان پذیرتر باشد. در این تحقیق همه خصوصیت های نمونه منی بررسی شده و روی خصیصه سوم نمونه ها از این خصوصیت های اصلی تاکید و بهبود صورت پذیرفته است. به منظور قابل استفاده بودن بهبودها و پیشنهادهای این تحقیق در آنالیز و تشخیص خصوصیات یک اسپرم زنده و حذف پیش نیاز ابزارها و امکانات آزمایشگاه ویژه، برای ثبت تصاویر، از میکروسکوپ های معمولی و نمونه منی خام (بدون رنگ آمیزی) استفاده شده است (برخلاف اکثر سیستم های آنالیز کامپیوتری اسپرم). در روش هایی که روی نمونه منی خام عمل می کنند، برای تعیین خصوصیات اسپرم های موجود در نمونه منی، ابتدا پیش پردازش هایی روی تصاویر بدست آمده از لام های میکروسکوپی صورت می گیرد تا کیفیت تصویر بهبود یافته و خطاهای تشخیص اسپرم کاهش یابد. عمده ناتوانی های سیستم ها در این بخش است، چرا که استفاده از تکنیک های مرسوم و ایستای پردازش تصویر به عنوان مرحله پیش پردازش، همیشه کارا نبوده و نیاز برای روشی پویا و انعطاف پذیر همواره لمس می شود. از این رو، یک روش بهبود یافته ی ارتقاء تصاویر ورودی مبتنی بر تکنیک های مورفولوژی ریاضی برای تصاویر معرفی و بکار گرفته شد. با استفاده از نتایج این روش ها و آستانه سازی ترکیبی آنالیز هیستوگرام- fcm، اسپرم ها شناسایی و استخراج گردید و به این ترتیب شرایط برای بررسی غلظت اسپرم های نمونه منی نیز امکان پذیر شد. به دلایلی مانند در اختیار نداشتن نمونه های استاندارد و یا حتی بخشی از نمونه های روش های قبل، عدم دست یابی به الگوریتم کلی روش های پیشین، برداشت های اقتصادی از آنالیز اسپرم و مقایسه های کلی بین نتایج روش ها (شامل بررسی هر سه خصوصیت اصلی نمونه ها)، امکان بررسی مستقیم اثر بهبودهای ارائه شده با نتایج قبلی وجود نداشت و مقایسه ها به کمک فرد خبره یا به صورت بخشی و بیان بر اساس پارامترهای یکسان صورت پذیرفته است. با توجه به اینکه نهایتاً نتایج آنالیز نمونه منی، به صورت یک نتیجه گیری تشخیصی کلی برای هر فرد بیان می شود، در قسمتی از این پایان نامه، ایده ای جدید برای بهبود استخراج ویژگی ارائه شد که با آزمایش های ابتدایی نتایج بهتری را نشان می دهد. و در نهایت چنین نتیجه گرفته می شود که می توان با به کارگیری پیش پردازش های مناسب و بدون نیاز به روش های رنگ آمیزی که زمان بر بوده و برای اسپرم زنده امکان پذیر نیست و همچنین بدون نیاز به ابزارهای پیشرفته و پرهزینه و با تکیه بر روش های پویا و تطبیقی در تشخیص اسپرم ها در تصاویر به نتایج تشخیصی مناسبی دست یافت.