Σύστημα τμηματοποίησης εικόνας απλών ακτινογραφιών της άκρας χειρός για την εύρεση γεωμετρικών χαρακτηριστικών και λειτουργικών τμημάτων της

Abstract

Τα τελευταία χρόνια έχει αυξηθεί σημαντικά η προσπάθεια εξεύρεσης μεθόδων επεξεργασίας ιατρικών εικόνων για την υποβοήθηση των υπεύθυνων ιατρών. Η παρούσα διπλωματική εργασία είναι μέρος μιας γενικότερης εργασίας που αποσκοπεί στην ανάπτυξη ενός αυτοματοποιημένου συστήματος κατάτμησης μιας ακτινογραφίας άκρας χειρός για τον προσδιορισμό περιοχών ενδιαφέροντος της χειρός (οστά δακτύλων, καρπού, μετακάρπιου κ.λ.π). Η παρούσα εργασία είχε ως κύριο στόχο τη διερεύνηση θεμάτων σχετικών με την αρχική επεξεργασία των ακτινογραφικών απεικονίσεων άκρων χειρών. Αρχικά αναπτύχθηκε αποτελεσματική διαδικασία για τον προσδιορισμό του προσανατολισμού του απεικονιζόμενου χεριού. Έπειτα, εξετάστηκε το ουσιαστικό θέμα της κατωφλίωσης για την εξαγωγή ικανοποιητικού περιγράμματος χεριού. Η αναποτελεσματικότητα των συνήθων μεθόδων κατωφλίωσης, οδήγησε προς τη διερεύνηση συνήθων μεθόδων αποθορυβοποίησης σε συνδυασμό με τις κοινές μεθόδους κατωφλίωσης. Από τη μελέτη των αντίστοιχων αλγοριθμικών διαδικασιών σε όλο το εύρος των δειγμάτων που είχαμε στη διάθεσή μας, αποδείχθηκε η μη αποδοτική εφαρμογή αυτών των αλγοριθμικών συνδυασμών για την ιδιάζουσα περίπτωση των ακτινογραφιών άκρων χειρών. Εν συνεχεία, παρουσιάστηκε μία νέα προσέγγιση αποθορυβοποίησης με χρήση γραμμικών και μη γραμμικών μεθόδων σε συνδυασμό με μια ημιαυτόματη μέθοδο κατωφλίωσης, η οποία λειτούργησε αποδοτικά σε όλα τα δείγματα που επεξεργαστήκαμε. Μετά την επιτυχή εξαγωγή του περιγράμματος του απεικονιζόμενου χεριού, επιχειρήθηκε με επιτυχία ο εντοπισμός σημαντικών σημείων στο περίγραμμα (κορυφές και κοιλάδες μεταξύ των δακτύλων), με βάση την ανίχνευση των μεταβολών συγκεκριμένων γωνιών πάνω στο περίγραμμα. Σε επόμενο στάδιο της επεξεργασίας, προσδιορίστηκε με επιτυχία εάν το εξεταζόμενο χέρι είναι δεξί ή αριστερό. Τελικό στάδιο της παρούσας έρευνας απετέλεσε η πρωταρχική κατάτμηση του ακτινογραφηθέντος χεριού σε γεωμετρικές περιοχές ενδιαφέροντος, διαχωρίζοντας το χέρι σε κάθε δάκτυλο και παλάμη.

In the recent years, there has been a significantly increased effort to find methodologies to assist medical doctors in the diagnosis and treatment of diseases through the processing of typical medical images. The work at hand is a part of a broader effort aiming at the development of an automatic system for the segmentation of a radiographic hand image into fingers, wrist, metacarpal, etc., and the accurate detection of bone boundaries. This specific work focused on the examination of preprocessing methodologies of the hand x-ray. Initially, an effective method for the determination of the orientation of the hand has been developed. Then, the crucial issue of thresholding for discriminating the hand from the background has been examined. The usual methods of thresholding produced unsatisfactory results. So, the combination of noise reduction methods and thresholding has been attempted. Again, the methods mentioned in the relevant bibliography produced unsatisfactory results. Subsequently, a new approach, combining certain linear and nonlinear noise reduction methods and a novel, semi-automatic thresholding method, has been attempted. This method produced satisfactory results for all available hand x-rays. After the successful detection of the hand boundary, a number of important points, like the tips of the fingers and the valleys between the fingers, have been identified on the boundary. Moreover, a methodology of detecting if the examined hand is left or right has been developed. Finally, a first segmentation of the whole hand x-ray into fingers and wrist has been achieved.