Video görüntülerinden sperm hareketlerinin otomatik takibi ve analizi
Automatic tracking and analysis of sperm motion from video images
Yazar: İNAS ALARABI
Danışman: DOÇ. DR. GÜLŞAH TÜMÜKLÜ ÖZYER
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Bilgisayar destekli analiz = Computer aided analysis ; Bilgisayar destekli sistemler = Computer aided systems ; Bilgisayar destekli yazılım = Computer aided software

Özet:
Amaç: Kısırlığın (infertalite) belirlenmesinde sperm hareketliliğinin analizi önemlidir ancak bu hareketlilik analizinde kullanılacak olan parametreleri otomatik olarak belirlemek oldukça zordur. Uzmanlar mikroskop görüntülerini inceleyerek ve tahlil sonuçlarına göre tanı koyabilmektedir. Bu durum hem zaman açısından maliyetlidir hem de doğrudan uzman hekimin tecrübesine bağlı olarak yanlışlar yapılabilir. Bu motivasyon ile bu tezde amacımız sperm hareketlerini video görüntülerinden otomatik olarak takip eden ve hareketlilik parametrelerini hesaplayan bir sistem geliştirmektir. 
Yöntem: Mikroskop video görüntüleri kullanılarak sperm hareketlilik parametreleri çıkartıldı. Video görüntülerinden spermleri ayrıştırmak için arka plan çıkarma yöntemi kullanıldı. Görüntüde tespit edilen sperm bölgeleri ortak olasılıklı veri ilişkilendirme filtresi ile ayrıştırıldı ve etkileşimli çoklu model tekniği ile birleştirilerek sperm hareketleri takip edildi. Spermlerin hareket bilgilerinden hareketlilik parametleri hesaplandı.
Bulgular: Etkileşimli çoklu model tekniğinin, manevra hareketleri ile spermin takibinde etkili sonuçlar verdiği gözlemlendi. Ortak olasılıklı veri ilişkilendirme filtresi, karmaşık koşullar altında sperm hareketlerinin takibini başarı ile sağladı. Farklı nesne takibi algoritmaları ile karşılaştırıldığında, önerilen algoritma daha doğru sonuçlar verdi, ancak nispeten daha uzun süre aldı.
Sonuç: Kısırlığı belirlemek için dinamik sperm hareketlilik parametrelerini zaman içinde sınıflandırmak için ölçebilen güçlü bir otomatik çoklu sperm tespit ve izleme algoritması sunuldu. IMM-DA ve DA olmak üzere iki izleme algoritması seti değerlendirildi. Deneysel sonuçlar incelendiğinde, spermlerin takibi için IMM-JPDAF algoritmasının en yüksek doğruluk değerlerini verdiği gözlemlendi.

Anahtar Kelimeler:  sperm hareketliliği analizi, arka plan çıkarma, veri ilişkilendirme, çoklu model etkileşim.

Abstract:
Purpose: The analysis of sperm motility is considered one of the most important points, because it has a basic role in to determining male infertility, while it reflects parameters of high importance in medical diagnosis, but it remains very difficult to determine these parameters. The manual process is costly in terms of time and it could be inaccurate. Therefore, this thesis aims to develop an automatic system that evaluates the motility parameters of human sperms to help obtaining an accurate result at a lower time cost. 
Method: This system was developed using image processing techniques and tracking algorithms. The system tracks the movement of most spermatozoa then measures all medical parameters to determine the infertility rate at the patient. Background Subtraction method is used to extract the sperms within the video The Joint probabilistic data association filter is combined with interacting multiple model technique and used for tracking it.
Findings: The interacting multiple model technique gave effective results in tracking sperm with manoeuvring motions. The Joint probabilistic data association filter achieved efficient sperm tracking under complex conditions. Comparing to another algorithm the proposed algorithm gave more accurate results but with relatively higher cost of time.
Results: The developed sperm analysis system gave the most accurate results when it applied on semen sample. While the sperms were accurately tracked, the parameters of movement were calculated, the class of each sperm was determined.

Keywords: sperm motility analysis, background subtraction, data association, interacting multiple mode.