Bilgisayarlı tomografi anjiyografi görüntülerinde pulmoner embolilerin bilgisayar destekli tespiti
Computer aided detection of pulmonary embolism in computed tomography angiography images
Yazar: HAYDAR ÖZKAN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ FUAT BOZ ; DOÇ. DR. ONUR OSMAN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Akciğer = Lung ; Görüntü bölütleme = Image segmentation ; Görüntü işleme = Image processing ; Pulmoner emboli = Pulmonary embolism

Özet:
Dolaşım sistemi problemlerinden biri olan PE'ler, akciğer atardamarı veya onun dallarından bir ya da birkaçının kan pıhtısı ile tıkanması sonucu ortaya çıkan klinik tablodur. Tanısı güç olan bir hastalık olup, erken tanı ve tedavisi hayat kurtarıcıdır. Bu tez çalışmasında; BTA görüntülerinden tanısı konulabilen PE'lerin, BDT ile belirlenmesi işlemi gerçekleştirilmiştir. Literatürde PE'lerin BDT ile belirlenmesinde iki farklı yaklaşım mevcuttur. Bunlardan birincisi akciğer damar ağacının çıkartılması ile PE'lerin belirlenmesi. İkincisi ise akciğer damar ağacı çıkartmadan kızaklama (tobogganing) yöntemi ile PE'lerin belirlenmesidir. Birinci yöntem ile yapılan çalışmalarda, ilk olarak akciğer damarları, yüksek yoğunluk değerleri ile bölütlenmeye çalışılmıştır. Ancak PE olan bölgelerde damar yapısı bozuk olacağından, ikinci olarak damar yapısını düzgün devam ettirmek için PE'ler, bulundukları bölgede, kendileri ile aynı düşük yoğunluğa sahip dokulardan, boyut ve biçimsel özelliklerine göre ayırt edilmeye çalışılmıştır. Daha sonra damarlar ile PE'ler, iz takibi yöntemiyle ya da damarların; bölgesel, biçimsel, hacimsel özelliklerine bakılarak birleştirilmişlerdir. Böylece akciğer damar bölütlemesi ile PE'ler belirlenmeye çalışılmıştır. Ancak PE'lerin sabit bir biçimi yoktur. Bölgesel olarak damar ağacı içerisinde herhangi biryerde olabilir. Boyut olarak da belirli bir boyutun altı PE olarak değerlendirilmez, üstü ise değişken boyutlarda olabilmektedir. Ayrıca, damarlar tamamen tıkanmışsa, BTA görüntülerinde kopuk görüneceğinden, iz takibi yapmak zordur. Bu nedenle daha önce yapılmış çalışmalardaki yöntemlerin performansları düşüktür. Bu tez çalışmasında yeni bir yöntem geliştirilmiştir. İlk adımda akciğer bölütlemesi gerçekleştirilmiştir. İkinci adımda damar bölütlemede kullanılmak üzere, BTA görüntülerinde, anatomik yapının değişmeyen özelliklerinden yararlanarak bazı referans noktalar (RN) belirlenmiştir. Bu RN'lar sayesinde truncus, sol-sağ pulmoner arter, lobar segmenter damarlar, PE'lerle birlikte bölütlenmiştir. RN'ları ile PE'ler, aynı yoğunluklu diğer dokulardan ve eğer varsa PE dışında akciğer ya da kalp hastalığı dokularından, ayırt edilebilmiştir. Subsegmenter damarlar da akciğer bölgesindeki yoğunluk farklarından PE'ler ile birlikte belirlenmiştir. Son olarak tüm damarlar birleştirilerek akciğer damar ağacı çıkartılmıştır. Üçüncü adımda damar ağacından, PE'ler; damarların iç bölgesinde olacak şekilde, yoğunluk farkları incelenip, belirli bir boyutun altındaki bileşenler görüntülerden kaldırılarak belirlenmiştir. Bu işlemlerin sonunda elde edilen sonuçlar, tıbbi görüntü değerlendirmelerinde kullanılan performans ölçümleri ile analiz edilerek, daha önce yapılmış çalışmalarla karşılaştırılmıştır. PE tespiti için bu tez kapsamında geliştirilen yöntemin performansının literatürdeki yöntemlerden daha iyi olduğu ve tıbbi açıdan hekimlere oldukça yeterli sonuçlar verdiği belirlenmiştir.

Abstract:
PE, one of the circulatory system problems, is the clinical result at the end of that the lung artery or one or a few branches of them are bunged up by clot of blood. Besides it is a hard disease to diagnose, early diagnosis and treatment of it can save lives. The detection by CAD of PEs which can be diagnosed from CTA Images has been carried out at this thesis work. There are two different approaches to detect PEs by CAD in literature. The first one is to detect PEs by indicating lung vessel tree. The second one is to detect PEs by tobogganing method without indicating lung vessel tree. The lung vessels firstly have been segmented with high intensity values at the works done with the first method. However, because the vessel structure will be damaged in PE regions, secondly to continue the vessel structure smoothly, PEs have been distinguished from the tissues with the same low intensity like them in their regions according to their sizes and shapes. Then, vessels and PE have been connected by tracking method or by looking at region, shape and volume properties of the vessels. However, there is no a constant shape of PEs. It can be anywhere in the vessel tree regionally. It isn?t be considered as PE under a certain size, though it can be in different size above it. Besides, if the vessels are bunged completely, it will be hard to do tracking so that it seems unconnected in CTA images. So the performances of the methods in previous works are lower. A new method has been developed at this thesis work. firstly, lung segmentation has been carried out. Secondly, by making use of the unchangeable properties of anatomical structure in CTA images, some reference points (RP) have been detected in order to use at vessel segmentation. Due to these RPs, truncus, left-right pulmonary artery, lobar segment vessels have been segmented with the PE. RP and PE have been distinguished from the other tissues having the same intensity and from the lung and heart disease tissues except for PE. Subsegment vessels have been detected with PE by looking at the differences of intensities in lung region. Lastly, lung vessel tree has been detected by connecting all of the vessels. Thirdly, PEs have been detected from the vessel tree, by examining the intensity differences in a way of inside regions of vessel and removing the components under a certain size from the image. The results at the end of these processes have been analyzed by the performance measures which are used in medical image evaluation and compared to the previous works. It has been seen that the performance of the method for PE detection at this thesis is better than the ones in literature and it gives rather enough results to the surgeries medically.