پايان نامه شبيه سازي آشكار سازي و استخراج رگ‌هاي خوني شبكيه چشم

پايان نامه شبيه سازي آشكار سازي و استخراج رگ‌هاي خوني شبكيه چشم

چكيده:

در دنياي امروز نقش مهندسي در پزشكي روز‌به‌روز افزايش پيدا كرده و تشخيص بيماري‌ها توسط توسعه دادن تكنولوژي تصويربرداري و پردازش اين تصاوير، سريعتر، آسانتر و دقيق‌تر شده است . از جمله مي توان به تشخيص برخي بيماري‌ها مانند ديابت از روي تصوير رگ‌هاي شبكيه اشاره كرد. سال‌هاي زيادي است كه با استفاده از روش‌هاي مختلفي از قبيل سيستم‌هاي هوشمند، سيستم‌هاي آشكارسازي خط، سيستم‌هاي مبتني بر فيلترهاي وفقي و بسياري ديگر، آشكارسازي رگ‌هاي شبكيه از تصاوير رنگي ديجيتال انجام مي‌گيرد. اين پروژه سعي دارد تا با استفاده از دو روش مورفولوژي رياضي و تشخيص لبه، روشي مناسب را براي آشكارسازي رگ‌ها ارائه دهد. پس از بررسي مرحله‌هاي مختلف الگوريتم و اجراي برنامه روي تصاوير شبكيه نتيجه مورد نظر مورد بررسي قرار خواهد گرفت. از مزيت‌هاي جالب توجه اين دو روش، سادگي و دقت بالاي آن‌ها مي‌باشد.

كليات

رتينوپاتي ديابتي از علل شايع كاهش ديد و كوري مي‌باشد. كساني كه ديابت درمان‌نشده دارند، نسبت به افراد عادي 25 برابر بيشتر در  معرض كوري قرار دارند. وجود و شدت رتينوپاتي ديابتي بيشتر با سن بيمار در هنگام تشخيص و طول مدت ديابت ارتباط دارد تا شدت بيماري و كنترل قند خون. ظرف 20 سال پس از شروع بيماري، در 100% بيماران مبتلا به ديابت نوع 1 و 60 تا 80 درصد بيماران مبتلا به ديابت نوع 2 رتينوپاتي پديد مي‌آيد. امروزه با بهبود وسايل تشخيصي و درماني، فقط درصد كمي از بيماران مبتلا به ديابت، مشكلات جدي ناشي از كاهش ديد خواهند داشت، مشروط به اينكه به موقع به چشم‌پزشك مراجعه نمايند.

رگ خوني: رگ‌هاي خوني شبكيه معمولا راجع به سرخرگ و سياهرگ‌ها است. آنگاه سرخرگ و مركز سياهرگ به طور معمول كنار يكديگر در سمت خيشومي از مركز ديسك نوري پديدار خواهند شد. رگ‌هاي خوني در مؤلفه سبز واضح‌تر ديده مي‌شوند. اطلاعات مربوط به ساختار رگ‌هاي خوني مي‌تواند كمكي براي طبقه‌بندي كردن شدت بيماري باشد و همچنين ممكن است به عنوان مرجع در طي عمل جراحي به كار رود. دو استراتژي براي آشكارسازي رگ‌هاي خوني در تصوير استفاده شده است. يكي آشكارسازي لبه‌ها و ديگري نظارت است كه نياز به يك دانش پيشيني از موقعيت تصوير دارد. معلومات راجع به رگ‌هاي خوني مي‌توانند در درجه‌بندي شدت بيماري يا به عنوان قسمتي از فرآيند تشخيص خودكار بيماري‌ها به كمك آشكارسازي بصري به كار روند. رگ‌هاي خوني قادر هستند مثل راهنماها براي محلي كردن عصب نوري گودال يا (حوزه ديد مركزي) و زخم‌ها، رفتار كنند. به عنوان نتيجه‌اي اصولي يا بيماري چشمي موضعي، رگ‌هاي خوني مي‌توانند بي‌قاعدگي‌هاي قابل اندازه‌گيري در قطر و رنگ داشته باشند. به عنوان انسداد شريان مركزي شبكيه، معمولا سبب انقباض كلي شريان‌هاي شبكيه مي‌شود. بيماري فشار خون امكان دارد منجر به انقباض شريان‌هاي مركزي شبكيه شود، انسداد وريد مياني شبكيه معمولا رگه‌هاي پيچ‌دار گشاد ايجاد مي‌كند، تصلب شرايين مي‌تواند موجب شود سرخرگ‌ها مسي يا نقره‌اي رنگ شوند و ديابت اين توانايي را دارد كه رگ‌هاي خوني جديد به وجود آورد (نو رگ زايي). بنابراين يك روش قابل اعتماد اكتشاف رگ نياز است تا اندازه‌گيري مختلف را حفظ كند³.

ديسك نوري: محل ديسك نوري (OD) در تجزيه و تحليل تصوير شبكيه اهميت ويژه‌اي دارد. در تصاوير معمولي، OD از هر قسمت ديگر شبكيه درخشان‌تر بوده و در حالت عادي دايره‌اي شكل است. اين قسمت همچنين نقطه ورود و خروجي براي عصب‌هايي كه به مغز وارد و يا از آن خارج مي‌شوند، مي‌باشند. يك تصوير شبكيه معمولي، OD روشن‌تر را داراست. آشكارسازي ديسك نوري به چشم‌پزشكان به تشخيص اين كه آيا فرد به رتينوپاتي ديابتي مبتلا شده يا خير، ياري مي‌رساند⁴.

تكنيك قطعه‌بندي رگ‌ها:

الگوريتم‌هاي قطعه‌بندي رگ‌ها، مؤلفه‌هاي حياتي سيستم‌هاي تحليل گردش خون در رگ‌هاي خوني هستند. پس ما برآوردي از روش‌ها و الگوريتم‌هاي قطعه‌بندي رگ‌ها را ارائه مي‌دهيم. هدف ما در اصل استخراج رگ‌هاي خوني و به ويژه ساختمان عروق اعصاب است. ما همچنين برخي از روش‌هاي قطعه‌بندي را براي اشياء لوله‌‌مانندي كه خصوصياتي مشابه به رگ‌ها از خود نشان مي‌دهند را بازبيني نموده‌ايم. بنابراين ما الگوريتم‌ها و فنون قطعه‌بندي رگ‌ها را به شش دسته كلي تقسيم كرده‌ايم:

- روش‌هاي تشخيص الگو

- شيوه‌هاي بر پايه مدل

- شيوه‌هاي بر پايه رهگيري

- روش‌هاي بر اساس هوش مصنوعي

- روش‌هاي بر مبناي شبكه‌هاي عصبي

- و روش‌هاي متفرقه تشخيص شيء لوله‌مانند

فهرست مطالب

فصل اول:

مقدمه ............................................................................................................................................................ 1

فصل دوم:

آسيب شبكيه در ديابت (رتينوپاتي ديابتي) .................................................................................................... 2

2-1 كليات ................................................................................................................................................................ 2

2-2 انواع رتينوپاتي .................................................................................................................................................. 3

3-2 علائم ................................................................................................................................................................ 4

4-2 تشخيص ........................................................................................................................................................... 4

5-2 درمان ................................................................................................................................................................ 4

6-2 ساير اختلالات چشمي مرتبط با ديابت ............................................................................................................ 5

7-2 نقش بيمار در درمان ......................................................................................................................................... 5

8-2 معاينه سالانه توسط چشم‌پزشك ...................................................................................................................... 6

فصل سوم:

ساختمان چشم ............................................................................................................................................. 7

فصل چهارم:

تكنيك قطعه‌بندي رگ‌ها ............................................................................................................................... 9

1-4 Pattern Recognition Techniques .................................................................................................... 9

2-4 Model-Based (MB) Approaches .................................................................................................... 11

3-4 Tracking-Based Approaches ........................................................................................................... 12

4-4 Artificial Intelligence-Based Approaches ................................................................................. 12

5-4 Neural Network-Based Approaches ........................................................................................... 12

6-4 Miscellaneous Tube-Like Object Detection ............................................................................ 13

فصل پنجم:

استخراج رگ‌هاي خوني شبكيه به روش مورفولوژي رياضي

1-5 قضيه قطعه‌بندي عروق شبكيه ....................................................................................................................... 14

2-5 ماده‌ها و روش‌ها ........................................................................................................................................... 14

3-5 پيش پردازش ................................................................................................................................................ 14

4-5 تنظيمات تصوير ............................................................................................................................................ 15

5-5 برجسته نمودن شبكه عروق ......................................................................................................................... 16

6-5 مراحل پياده‌سازي به صورت مصور ............................................................................................................. 17

فصل ششم:

استخراج رگ‌هاي خوني به شيوه تنظيم و آشكارسازي لبه (EEED)

1-6 معرفي روش ............................................................................................................................................... 21

2-6 مراحل پياده‌سازي ....................................................................................................................................... 22

3-6 تصاوير به دست‌آمده ............................................................................................................................... .. 23

فصل هفتم:

جمع‌بندي و نتيجه‌گيري ........................................................................................................................... 25

مراجع ..................................................................................................................................................... 26

پيوست‌ها ................................................................................................................................................ 27