Difüz optik tomografi sisteminde sayısal görüntü işleme tekniklerinin geliştirilmesi ve test edilmesi
Development and testing of digital image processing techniques in diffuse optical tomography system
Yazar: YİĞİT ALİ ÜNCÜ
Danışman: PROF. DR. MURAT CANPOLAT
Akdeniz Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Filtreleme = Filtration ; Görüntü işleme = Image processing ; Görüntü işleme yöntemleri = Image processing methods ; Sayısal görüntü = Digital image ; Sayısal görüntü işleme = Digital image processing ; Tomografi-optik = Tomography-optical

Özet:
Amaç: Sürekli Dalga Difüz Optik Tomografi (CWDOT) sistemi tıp alanında kullanılan görüntüleme sistemlerinden biridir. Bu çalışmanın amacı, CWDOT sistemi ile oluşturulan üç boyutlu (3B) meme fantomu görüntülerine farklı görüntü işleme yöntemlerini 3B olarak uygulamak ve meme fantomunda gerçeğe en yakın görüntüyü veren en uygun görüntü işleme yöntemlerini belirlemektir. 
Yöntem: Bu çalışmada, CWDOT ile ölçümler meme fantomları üzerinde alındı. Meme fantomlarından birincisi intralipid, su ve Indosiyanin yeşili (ICG) karışımında yapıldı, tümörü temsil etmesi için inklüzyon (tümör benzeri yapı) konuldu. İkincisi ise kuyruk yağının içine dalak parçaları (tümör benzeri yapı) konularak yapıldı. Daha sonra meme fantomlarından alınan görüntülere görüntü işleme yöntemleri uygulandı. İlk olarak görüntü segmentasyon yöntemlerinden olan bütünsel (global) ve yerel (local) eşikleme yöntemleri uygulandı. Daha sonra uzaysal filtrelerden (spatial filter); Ortalama (Average), Gauss (Gaussian), Laplas (Laplacian), LoG (Laplacian of Gaussian)  filtreleme yöntemleri uygulandı. Son olarak, en yakın komşu (nearest), çift doğrusal (bilinear), çift kübik (bicubic) ve kübik spline (cubic spline) interpolasyon yöntemleri uygulanarak görüntüler elde edildi. 
Bulgular: Görüntü işleme sonuçları görsel ve sayısal olarak karşılaştırıldı. Tepe sinyalinin gürültüye oranı (PSNR), Ortalama hata karesi (MSE) ve Yapısal benzerlik oranı (SSIM) yöntemleri sayısal karşılaştırmalar için kullanıldı. Tümör benzeri yapıların meme fantomları içindeki konumlarını gerçek şekil ve boyutlarda ortaya çıkaran görüntü işleme yöntemleri belirlendi.
Sonuç: CWDOT sistemine uygunluğu deneyler ile test edilen; Otsu yöntemi, Gauss filtreleme, çift kübik interpolasyon yöntemleri ile görüntüler gerçek haline yakın ve net bir şekilde elde edildi. Bu tez, bu alanda in-vitro veya klinik deneyleri yapacak araştırmacılara en uygun görüntü işleme yöntemlerini seçme konusunda katkı sağlayacak niteliktedir. 
Anahtar Kelimeler: difüz optik tomografi, görüntü işleme, görüntü segmentasyon, görüntü filtreleme, görüntü interpolasyon

Abstract:
Objective: Continuous Wave Diffuse Optical Tomography (CWDOT) system is one of the imaging modality used in the medical. The aim of this study is to apply different three dimensional (3D) image processing methods to breast phantom images and determine the most appropriate image processing methods that give the most realistic image in CWDOT. 
Methods: In the study, the measurements were acquired on breast phantoms in CWDOT. The first phantom was made with a mixture of intralipid, water ,and Indocyanine green (ICG), an inclusion (tumor-like structure) to represent tumor was placed to represent the tumor. The second phantom was prepared by placing the spleens (tumor-like structure) into the tail fat to obtain a more realistic breast phantom. First, Image segmentation method which is one of the global and local thresholding method was applied in the image processing method. Then spatial filter; Average, Gaussian, Laplacian, Laplacian of Gaussian (LoG) filtering methods were implemented. Final, images were obtained by applying nearest, bilinear, bicubic and cubic spline interpolation methods.
Results: The results of image processing were compared with visual and quantified evaluation. The performance of image processing algorithms was compared using Peak signal-to-noise ratio (PSNR), Mean square error (MSE) ,and Structural similarity index (SSIM) methods. The most appropriate image processing algorithms weere defined base on positions of tumor-like structures within the breast phantoms were displayed true shapes and sizes.
Conclusion:  Images were obtained clearly ,and accurately using the Otsu method, Gaussian filtering ,and bi-cubic interpolation methods in CWDOT system. This thesis will contribute to researchers in using the most convenient image processing algorithms who will perform in-vitro and clinical experiments in this field.
Key words: diffuse optical tomography, image processing, image segmentation, image filtering, image interpolation.