Διερεύνηση της παθοφυσιολογικής σημασίας χαρακτηριστικών υφής από την εφαρμογή του μετασχηματισμού ranklet σε εικόνες υπερήχου της καρωτίδας - Ηλιοπούλου, Χρυσοβαλάντω Θεοδώρα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών, 2016)
Εφαρμογή του μετασχηματισμού ranklet σε εικόνες υπερήχου της καρωτίδας με στόχο την διερεύνηση της παθοφυσιολογικής σημασίας χαρακτηριστικών υφής. Η αθηρωματική πλάκα είναι μια μορφή αλλο ίωσης του εσωτερικού των αγγείων που σκληραίνει τις αρτηρίες προκαλώντας στένωση του αυλού τους. Στην περίπτωση της καρωτιδικής αρτηρίας, η ρήξη της πλάκας μπορεί να προκαλέσει εγκεφαλικό επεισόδιο, ισχαιμικό επεισόδιο ή προσωρινή απώλεια όρασης. Η παρούσα εργασία στοχεύει στην υλοποίηση και τη χρήση του μη-παραμετρικού, πολυ-κλιμακωτού και πολυ-κατευθυντικού μετασχηματισμού ranklet (RankletTransform–RT) σε εικόνες υπερηχογραφήματος της καρωτίδας για την εξαγωγή μορφολογικών χαρακτηριστικών κατάλληλων για τη διάγνωση και πρόγνωση της νόσου. Η εφαρμογή του μετασχηματισμού ranklet οδηγεί στην εξαγωγή συντελεστών, ανεξάρτητων της έντασης των εικονοστοιχείων της εικόνας στην οποία εφαρμόζεται, που περιγράφουν την κατανομή εντάσεων φωτεινότητας σε μια γειτονική περιοχή, με βάση τα κυματίδια Haar και στον υπολογισμό αθροισμάτων τύπου Mann –Whitney–Wilcoxon (MWW). Για κάθε εικόνα στην οποία εφαρμόστηκε ο μετασχηματισμός εξήχθησαν και μελετήθηκαν δέκα χαρακτηριστικά υφής δεύτερης τάξης (autocorrelation, cluster prominence, clustershade, contrast, correlation,dissimilarity, energy, haralick correlation,homogeneity, inverse difference moment normalized). Δεδομένου ότι οι πραγματικές εικόνες υπερήχου καρωτίδας έχουν τη μορφή συνήθων γεωμετρικών σχημάτων, ο μετασχηματισμός εφαρμόστηκε σε 8 συνθετικές εικόνες βασικών γεωμετρικών σχημάτων (οριζόντια και κατακόρυφη ευθεία γραμμή, κύκλος, δίσκος, οριζόντιο και κατακόρυφο ημικύκλιο και οριζόντια και κατακόρυφη ευθεία γραμμή με ημικύκλιο), με στόχο την αξιολόγηση της ικανότητας του μετασχηματισμού να διαχωρίζει σχήματα. Εξετάστηκε η ικανότητα του μετασχηματισμού να διαχωρίζει τις παραπάνω συνθετικές εικόνες που περιέχουν το ίδιο σχήμα αλλά διαφέρουν ως προς τον τύπο του ορίου του σχήματος (απότομη ή σταδιακή μεταβολή φωτεινότητας). Ελέγχθηκε η επίδραση της κλίμακας του μετασχηματισμού και του πλήθους των επιπέδων κβάντισης στα οποία κβαντίζονται οι συντελεστές ranklet, προκειμένου να υπολογιστούν τα χαρακτηριστικά υφής. Ο μετασχηματισμός εφαρμόστηκε επιπλέον, σε 94 ακολουθίες υπερήχου Β-σάρωσης συμπτωματικών και ασυμπωματικών περιστατικών (62 υψηλής στένωσης και 26 χαμηλής), προερχόμενες από την Αγγειοχειρουργική Κλινική του Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου «Αττικόν» για την αξιολόγηση της ικανότητας του μετασχηματισμού να διακρίνει καρωτίδες με υψηλή και χαμηλή στένωση. Εφαρμόστηκε σε 54 από τις 94 ακολουθίες υπερήχου, που παρουσίαζαν δύο πλάκες στο εσωτερικό του αγγείου, με στόχο την εύρεση σημαντικών διαφορών στα χαρακτηριστικά υφής για πλάκες που εντοπίζονται στην ίδια καρωτίδα. Για την εύρεση των στατιστικά σημαντικών διαφορών των χαρακτηριστικών υφής στις παραπάνω περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκε το τεστ αθροίσματος βαθμών (rank-sum). Προτείνονται για ανάλυση οι κλίμακες 2, 4, 8 και 16, και 21 επίπεδα κβάντισης. Παρατηρήθηκε ότι ο μετασχηματισμός είναι ικανός να διακρίνει τα διαφορετικά σχήματα αλλά και τον τύπο του ορίου τους, αφού 8 από τα 10 χαρακτηριστικά υφής διέφεραν σημαντικά (εκτός των autocorrelation και dissimilarity). Όμοια είναι τα 8 συμπεράσματα και για τη διάκριση του βαθμού στένωσης της πλάκας για τον οριζόντιο προσανατολισμό ανάλυσης (8/10 χαρακτηριστικά), ενώ η κατακόρυφη και η διαγώνια ανάλυση δε συνεισφέρει σημαντικά (σημαντικές διαφορές για 2/10 και 4/10 αντίστοιχα). Βρέθηκε ότι οι πλάκες που εντοπίζονται στην ίδια καρωτίδα έχουν ίδια μορφολογία, αφού τα χαρακτηριστικά υφής δεν παρουσίαζαν σημαντικές διαφορές (7/10, 8/10 και 10/10 για την οριζόντια, κάθετη και διαγώνια ανάλυση αντίστοιχα). Συνεπώς, η συνεισφορά της εφαρμογής του μετασχηματισμού ranklet σε εικόνες καρωτίδας στην πρόγνωση της αθηρωματικής νόσου είναι ιδιαίτερα σημαντική.