Διερεύνηση της παθοφυσιολογικής σημασίας χαρακτηριστικών υφής από την εφαρμογή του μετασχηματισμού ranklet σε εικόνες υπερήχου της καρωτίδας

Ηλιοπούλου, Χρυσοβαλάντω Θεοδώρα; Iliopoulou, Chrysovalanto Theodora

dc.contributor.author	Ηλιοπούλου, Χρυσοβαλάντω Θεοδώρα	el
dc.contributor.author	Iliopoulou, Chrysovalanto Theodora	en
dc.date.accessioned	2016-12-05T11:37:37Z
dc.date.available	2016-12-05T11:37:37Z
dc.date.issued	2016-12-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44075
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13405
dc.rights	Default License
dc.subject	Καρωτίδα	el
dc.subject	Μετασχηματισμός	el
dc.subject	Υπέρηχος	el
dc.subject	Πολυ-κλιμακωτός	el
dc.subject	Ranklet	en
dc.subject	Carotid	en
dc.subject	Transform	en
dc.subject	Ultrasound	en
dc.subject	Multi-scale	en
dc.title	Διερεύνηση της παθοφυσιολογικής σημασίας χαρακτηριστικών υφής από την εφαρμογή του μετασχηματισμού ranklet σε εικόνες υπερήχου της καρωτίδας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επεξεργασία ιατρικής εικόνας	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-21
heal.abstract	Εφαρμογή του μετασχηματισμού ranklet σε εικόνες υπερήχου της καρωτίδας με στόχο την διερεύνηση της παθοφυσιολογικής σημασίας χαρακτηριστικών υφής. Η αθηρωματική πλάκα είναι μια μορφή αλλο ίωσης του εσωτερικού των αγγείων που σκληραίνει τις αρτηρίες προκαλώντας στένωση του αυλού τους. Στην περίπτωση της καρωτιδικής αρτηρίας, η ρήξη της πλάκας μπορεί να προκαλέσει εγκεφαλικό επεισόδιο, ισχαιμικό επεισόδιο ή προσωρινή απώλεια όρασης. Η παρούσα εργασία στοχεύει στην υλοποίηση και τη χρήση του μη-παραμετρικού, πολυ-κλιμακωτού και πολυ-κατευθυντικού μετασχηματισμού ranklet (RankletTransform–RT) σε εικόνες υπερηχογραφήματος της καρωτίδας για την εξαγωγή μορφολογικών χαρακτηριστικών κατάλληλων για τη διάγνωση και πρόγνωση της νόσου. Η εφαρμογή του μετασχηματισμού ranklet οδηγεί στην εξαγωγή συντελεστών, ανεξάρτητων της έντασης των εικονοστοιχείων της εικόνας στην οποία εφαρμόζεται, που περιγράφουν την κατανομή εντάσεων φωτεινότητας σε μια γειτονική περιοχή, με βάση τα κυματίδια Haar και στον υπολογισμό αθροισμάτων τύπου Mann –Whitney–Wilcoxon (MWW). Για κάθε εικόνα στην οποία εφαρμόστηκε ο μετασχηματισμός εξήχθησαν και μελετήθηκαν δέκα χαρακτηριστικά υφής δεύτερης τάξης (autocorrelation, cluster prominence, clustershade, contrast, correlation,dissimilarity, energy, haralick correlation,homogeneity, inverse difference moment normalized). Δεδομένου ότι οι πραγματικές εικόνες υπερήχου καρωτίδας έχουν τη μορφή συνήθων γεωμετρικών σχημάτων, ο μετασχηματισμός εφαρμόστηκε σε 8 συνθετικές εικόνες βασικών γεωμετρικών σχημάτων (οριζόντια και κατακόρυφη ευθεία γραμμή, κύκλος, δίσκος, οριζόντιο και κατακόρυφο ημικύκλιο και οριζόντια και κατακόρυφη ευθεία γραμμή με ημικύκλιο), με στόχο την αξιολόγηση της ικανότητας του μετασχηματισμού να διαχωρίζει σχήματα. Εξετάστηκε η ικανότητα του μετασχηματισμού να διαχωρίζει τις παραπάνω συνθετικές εικόνες που περιέχουν το ίδιο σχήμα αλλά διαφέρουν ως προς τον τύπο του ορίου του σχήματος (απότομη ή σταδιακή μεταβολή φωτεινότητας). Ελέγχθηκε η επίδραση της κλίμακας του μετασχηματισμού και του πλήθους των επιπέδων κβάντισης στα οποία κβαντίζονται οι συντελεστές ranklet, προκειμένου να υπολογιστούν τα χαρακτηριστικά υφής. Ο μετασχηματισμός εφαρμόστηκε επιπλέον, σε 94 ακολουθίες υπερήχου Β-σάρωσης συμπτωματικών και ασυμπωματικών περιστατικών (62 υψηλής στένωσης και 26 χαμηλής), προερχόμενες από την Αγγειοχειρουργική Κλινική του Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου «Αττικόν» για την αξιολόγηση της ικανότητας του μετασχηματισμού να διακρίνει καρωτίδες με υψηλή και χαμηλή στένωση. Εφαρμόστηκε σε 54 από τις 94 ακολουθίες υπερήχου, που παρουσίαζαν δύο πλάκες στο εσωτερικό του αγγείου, με στόχο την εύρεση σημαντικών διαφορών στα χαρακτηριστικά υφής για πλάκες που εντοπίζονται στην ίδια καρωτίδα. Για την εύρεση των στατιστικά σημαντικών διαφορών των χαρακτηριστικών υφής στις παραπάνω περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκε το τεστ αθροίσματος βαθμών (rank-sum). Προτείνονται για ανάλυση οι κλίμακες 2, 4, 8 και 16, και 21 επίπεδα κβάντισης. Παρατηρήθηκε ότι ο μετασχηματισμός είναι ικανός να διακρίνει τα διαφορετικά σχήματα αλλά και τον τύπο του ορίου τους, αφού 8 από τα 10 χαρακτηριστικά υφής διέφεραν σημαντικά (εκτός των autocorrelation και dissimilarity). Όμοια είναι τα 8 συμπεράσματα και για τη διάκριση του βαθμού στένωσης της πλάκας για τον οριζόντιο προσανατολισμό ανάλυσης (8/10 χαρακτηριστικά), ενώ η κατακόρυφη και η διαγώνια ανάλυση δε συνεισφέρει σημαντικά (σημαντικές διαφορές για 2/10 και 4/10 αντίστοιχα). Βρέθηκε ότι οι πλάκες που εντοπίζονται στην ίδια καρωτίδα έχουν ίδια μορφολογία, αφού τα χαρακτηριστικά υφής δεν παρουσίαζαν σημαντικές διαφορές (7/10, 8/10 και 10/10 για την οριζόντια, κάθετη και διαγώνια ανάλυση αντίστοιχα). Συνεπώς, η συνεισφορά της εφαρμογής του μετασχηματισμού ranklet σε εικόνες καρωτίδας στην πρόγνωση της αθηρωματικής νόσου είναι ιδιαίτερα σημαντική.	el
heal.abstract	Atheromatous plaque is a condition of the inner part of artery vessels that stiffens the arteries causing their stenosis. In the case of the carotid artery , the rupture of the plaque may cause stroke, ischemic attack or amaurosis fugax. Th is thesis aims at the implementation of the non - parametrical, multi - scale and multi - directional ranklet transform and its application to ultrasound images of carotid artery in order to extract texture features useful to disease diagnosis and prognosis . The application of ranklet transform leads to gray scale invariant coefficients, which describe intensity distribution in a local region of the picture, based on Haar wavelets and rank sum Mann - Whitney - Wilcoxon (MWW). In order to get insight to the transform’ s properties, ten second order texture features w ere extracted and studied for each image that the transform was applied to ( autocorrelation , cluster prominence , cluster shade , contrast , correlation , dissimilarity , energy , haralick correlation , , homogenei ty , inverse difference moment normalized) . Given that artery wall and plaque appear in B - mode ultrasound images as canonically shaped structures, like line, circle, disk, semicircle and line with semicircle, the transform was first applied to 8 synthetic i mages of canonical geometrical shapes, in order to evaluate the transform’s ability to discriminate shapes. Its ability to discriminate images with same shapes but different type of shape’s boundary (steep or gradually changing gray - level values) was inves tigated. The effect of transform’s scale and quantization levels, to which ranklet coefficients are quantized in order to calculate texture features, was examined. Moreover, the transform was applied to 94 B - mode ultrasound image sequences of symptomatic a nd asymptomatic patients (62 with high stenosis and 26 with low), recorded at the Vascular Surgery Department of the Medical School, University of Athens, “Attikon” hospital, in order to evaluate the transform’s ability to discriminate carotids with high a nd low grade of stenosis. It was applied to 54 of the 94 ultrasound sequences, which contained two plaques in the inner of the vessel, in order to find significant differences between features of plaques that appear in the same carotid. Rank - sum test was used to find statistically significant differences between texture features in the above cases. The scales 2, 4, 8 and 16 and 21 quantization levels are recommended for analysis. It was observed that the transform is able to discriminate different shapes a nd different boundary types, since 8 out of 10 texture features had significant differences (except of autocorrelation and dissimilarity). Same results occur for the case of plaque’s stenosis’ discrimination at horizontal analysis (8/10 features), while ve rtical and diagonal analysis don’t contribute significantly (significant differences for 2/10 and 4/10 features respectively). It is concluded that morphology of plaques that appear in the same carotid is similar, since t here was not observed significant d ifference between the texture features ( 7/10, 8/10 and 10/10 for horizontal, vertical and diagonal analysis respectively ). Consequently, ranklet transform’s contribution to prognosis of carotid atheromatous plaque is significant, through transform’s applic ation to ultrasound image	en
heal.advisorName	Νικήτα, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Κουτσούρης, Διονύσιος Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ματσόπουλος, Γιώργος	el
heal.committeeMemberName	Νικήτα, Κωνσταντίνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	107 σ.
heal.fullTextAvailability	true