Image processing and analysis methods in thyroid ultrasound imaging
Authors: Τσαντής Σταύρος 
Published: January 2014

Η ψηφιακή απεικόνιση του θυρεοειδούς αδένα τόσο μέσω της κλασσικής δισδιάστατης Β Mode εικόνας όσο και μέσω της έγχρωμης απεικόνισης Doppler καθιστά την υπερηχογραφία ένα αξιόπιστο και εύχρηστο μέσο για την κλινική αξιολόγησή του. Η υψηλή διακριτική ικανότητα των συγχρόνων αυτών συστημάτων παρέχει στον Ιατρό την δυνατότητα να εντοπίσει την ύπαρξη οζών - είτε συμπαγών είτε κολλοειδών - στον θυρεοειδή αδένα ακόμα και με διαστάσεις πολύ μικρές (1mm). Επίσης η υπερηχογραφική εικόνα επιτρέπει την λήψη βιοψίας (Fine Needle Aspiration FNAB) σε πραγματικό χρόνο για την περαιτέρω αξιολόγηση του όζου. Το γεγονός ότι τόσο η ηχογένεια όσο και η ύπαρξη διαφορετικών δομών μέσα στους όζους του θυρεοειδή έχουν αποδειχθεί ως σημαντικές ενδείξεις που οδηγούν στην υποψία καρκίνου. Αυτό το γεγονός καθιστά απαραίτητη την έρευνα για τον σχεδιασμό και υλοποίηση αλγορίθμων επεξεργασίας και αναγνώρισης προτύπων στην υπερηχογραφική εικόνα. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται τον σχεδιασμό την ανάπτυξη και υλοποίηση νέων μεθόδων επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνων υπερηχογραφίας του θυρεοειδούς αδένα. Οι αλγόριθμοι, οι οποίοι αναπτύχθηκαν και υλοποιήθηκαν αφορούν: Ι. Την αφαίρεση θορύβου (speckle) από τις υπερηχογραφικές εικόνες. Στην παρούσα μελέτη κατά μήκος του μετασχηματισμού μικροκυματιδίων η πληροφορία η οποία βρίσκεται στις διαφορετικές ζώνες συχνότητας (κλίμακες) αναλύεται ώστε να υπολογιστεί η τοπική κανονικότητα των χαρακτηριστικών της εικόνας. Η διακύμανση του πλάτους των τοπικών μέγιστων κατά μήκος των διάφορων κλιμάκων συσχετίζεται με την τοπική κανονικότητα των αντίστοιχων δομών που αντιπροσωπεύουν τα τοπικά μέγιστα. Η έρευνα κατέληξε στην διαπίστωση ότι η κατανομή του speckle - το μοντέλο θορύβου το οποίο υιοθετήθηκε σε αυτήν την διατριβή θεωρεί το speckle σαν έναν αθροιστικό παράγοντα άμεσα εξαρτώμενο από το αρχικό σήμα - είναι σχεδόν παντού σημειακή (singular) με μη θετικούς έκθετες Lipschitz. Αντιθέτως οι χρήσιμες ιδιομορφίες (singularities) που προέρχονται από την φυσιολογική κατανομή των τόνων του γκρι στην υπερηχογραφική εικόνα αποτελούν έντονες αιχμές με θετικούς έκθετες Lipschitz. II. Την τμηματοποίηση των οζών για την απομόνωση τους από τον περιβάλλοντα ιστό. Σε αυτήν την διατριβή ένα υβριδικό μοντέλο εισάγεται για την αυτόματη τμηματοποίηση των οζών του θυρεοειδούς αδένα σε υπερηχογραφικές εικόνες. Η προτεινομένη μέθοδος προκείμενου να ξεπεραστούν οι περιορισμοί λόγω της πολυπλοκότητας της υπερηχογραφικής εικόνας ενσωματώνει στο μοντέλο αυτό τον μετασχηματισμό μικροκυματιδίων για την ανίχνευση αιχμών κατά μήκος των κλιμάκων του μετασχηματισμού με τελικό σκοπό την ταυτόχρονη στερεοσκοπική ανίχνευση της συγκεκριμένης ανατομικής δομής σε όλες τις κλίμακες. III. Την αυτόματη ταξινόμησή τους σε όζους υψηλού και χαμηλού κίνδυνου. Σε αυτήν μελέτη περιλαμβάνονται ασθενείς με όζους του θυρεοειδούς αδένα που εξετάσθηκαν σε ένα υπερηχογραφικό σύστημα και στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε διαγνωστική βιοψία με τη μέθοδο FNA στην ιδιωτική κλινική EUROMEDICA. Διάφορα χαρακτηριστικά υφής υπολογίστηκαν αυτόματα από την περιοχή ενδιαφέροντος κάθε όζου. Τα χαρακτηριστικά αυτά συσχετίζονται με τη δομή των τόνων του γκρι αποτελούν χρήσιμη πληροφορία για την πιθανότητα εμφάνισης κακοήθειας. Τέσσερα χαρακτηριστικά υπολογίστηκαν από το ιστόγραμμα 26 από τη μήτρα co-occurrence και 10 από τη μήτρα run length. Τελικά ένα ικανό σύστημα ταξινόμησης σχεδιάστηκε βασισμένο στον αλγόριθμο SVM για την αξιολόγηση του ποσοστού κίνδυνου κακοήθειας σε όζους του θυρεοειδή αδένα σε εικόνες υπερηχογραφίας.