Αναγνώριση επικίνδυνων αθηρωματικών πλακών μέσω εξαγωγής χαρακτηριστικών κίνησης βασισμένων στην ετεροσυσχέτιση - Πατελάκη, Ελένη (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών, 2017)
Αθηρωμάτωση καλείται η παθολογική κατάσταση που προκαλείται ως αντίδραση στον τραυματισμό του ενδοθηλίου του αγγειακού τοιχώματος και συνεπάγεται το σχηματισμό αθηρωματικής πλάκας που αποτελείται κυρίως από λιπίδια, αλλά και από αίμα, ασβέστιο και ινώδη ιστό. Στη περίπτωση της καρωτίδας, μια πιθανή ρήξη της πλάκας οδηγεί στο σχηματισμό θρόμβου, ο οποίος είναι πιθανό να αποτελέσει την αιτία για την πρόκληση εγκεφαλικού ή παροδικού ισχαιμικού επεισοδίου. Προκειμένου να προβλεφθεί έγκαιρα και να αποτραπεί ένα τέτοιο κλινικό σύμβαμα, διερευνάται, στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, η πιθανή σχέση της επικινδυνότητας για ρήξη μίας πλάκας με τα πρότυπα κίνησης που αυτή παρουσιάζει. Γι’ αυτό το σκοπό, μελετήθηκαν 88 ακολουθίες εικόνων υπερήχων β-σάρωσης, που αντιστοιχούν σε 74 ασθενείς. Συγκεκριμένα, έγινε παρακολούθηση της κίνησης των συνόρων καθεμίας εκ των 121 αθηρωματικών πλακών που εντοπίσθηκαν στις καταγραφές αυτές, καθώς και των συνόρων του γειτονικού αγγειακού τοιχώματος με τον αυλό, χρησιμοποιώντας αλγόριθμο προσαρμοστικής ταύτισης περιοχών. Κατόπιν, εξήχθησαν μία σειρά από χαρακτηριστικά κίνησης, υπολογίζοντας την ετεροσυσχέτιση κυματομορφών που προέκυψαν από την εφαρμογή του αλγορίθμου ανίχνευσης κίνησης στις παραπάνω περιοχές ενδιαφέροντος. Για τις ανάγκες της εργασίας, υλοποιήθηκαν τρεις ταξινομητές: ένας ταξινομητής ηχογένειας, ένας ταξινομητής συμπτωματικότητας και ένας ταξινομητής επικινδυνότητας. Αυτοί δέχονται ως είσοδο τα χαρακτηριστικά κίνησης, καθώς και πληροφορίες για το αν η κάθε πλάκα-περιστατικό είναι ηχογενής ή ηχοδιαπερατή, ανήκει σε συμπτωματικό ή ασυμπτωματικό ασθενή και αν χρήζει χειρουργικής επέμβασης ή όχι, σύμφωνα με το αντίστοιχο ισχύον κλινικό σχήμα εκτίμησης. Η συγκριτική αξιολόγηση τριών αλγορίθμων ταξινόμησης (Κοντινότεροι Γείτονες, Πολυστρωματικό Perceptron, Τυχαία Δάση), με τη μέθοδο της διασταυρωμένης επικύρωσης, σε καθέναν από τους παραπάνω ταξινομητές, ανέδειξε τον αλγόριθμο των Τυχαίων Δασών ως εκείνον την καλύτερη επίδοση σε όλες τις περιπτώσεις, επιτυγχάνοντας ακρίβεια ταξινόμησης 100% για τον ταξινομητή ηχογένειας, 89.2% για τον ταξινομητή συμπτωματικότητας και 93.3% για τον ταξινομητή δείκτη κινδύνου. Με τη χρήση μεθόδων επιλογής χαρακτηριστικών, ξεχωρίσθηκαν για κάθε ταξινομητή τα 3 χαρακτηριστικά κίνησης που διέφεραν περισσότερο μεταξύ των εκάστοτε δύο κλάσεων του ταξινομητή και, συνεπώς, περιείχαν τη μεγαλύτερη πληροφορία. Τέλος, για κάθε ταξινομητή, υπολογίστηκε η μέση τιμή των χαρακτηριστικών για καθεμία από τις δύο κατηγορίες ξεχωριστά, προκειμένου να αποδοθεί αδρά μία μέση κινηματική «συμπεριφορά» των πλακών της κάθε κλάσης. Η μελέτη των μέσων τιμών αυτών οδήγησε στα εξής χρήσιμα συμπεράσματα: Οι ηχοδιαπερατές, οι συμπτωματικές και οι υψηλού κινδύνου πλάκες τείνουν να κινούνται λιγότερο συγχρονισμένα με το παράπλευρο αρτηριακό τοίχωμα, αλλά και εσωτερικά, δηλαδή η άνω με την κάτω επιφάνειά τους, σε σχέση με τις ηχογενείς, τις ασυμπτωματικές και τις χαμηλού κινδύνου πλάκες, αντίστοιχα.