الكشف عن تشويه المعمارية في تصوير الثدي بالأشعة السينية قبل عبر تحليل أنماط الموجه

الهدف العام من هذا الإجراء هو الكشف عن العلامات الدقيقة لسرطان الثدي ، على وجه الخصوص ، التشوه المعماري في التصوير الشعاعي للثدي. يتم تحقيق ذلك عن طريق المعالجة المسبقة أولا لمخطط الثدي الشعاعي للثدي للكشف عن جزء الثدي وإزالة القطع الأثرية في صورة التصوير الشعاعي للثدي المحددة. الخطوة الثانية هي اكتشاف الهياكل الموجهة في الصورة عن طريق تطبيق بنك من مرشحات Gabor.

بعد ذلك ، يتم تحليل مجال الاتجاه باستخدام صور الطور لاكتشاف الأنماط الشبيهة بالعقدة التي يمكن أن تشير إلى وجود تشويه معماري. تتمثل الخطوة الأخيرة في تحليل جميع المناطق المكتشفة عن طريق استخراج السمات أو المقاييس التي تميز التشويه المعماري وتساعد في رفض الإنذارات الكاذبة. في النهاية ، يتم تقديم المناطق المؤكدة المشبوهة إلى أخصائي الأشعة لمزيد من التحليل ، ويتم تقييم كفاءة الإجراء مقارنة بنتائج الاختبارات السريرية مثل الخزعة.

الميزة الرئيسية لتقنيتنا على الطرق الحالية مثل الكشف عن الكتل المصنفة بواسطة الكمبيوتر ، هي أننا قادرون على اكتشاف العلامات الدقيقة للتشوه المعماري دون ظهور ورم مركزي أو كتلة. تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية إلى تشخيص وعلاج سرطان الثدي. يسهل تشخيص المراحل المبكرة من سرطان الثدي وبالتالي يحسن تشخيص العلاج.

العرض المرئي لهذه الطريقة أمر بالغ الأهمية. خطوات معالجة الصور صعبة. هناك العديد من الخطوات المعقدة من الناحية الرياضية.

تتم خطوات هذا البروتوكول باستخدام مجموعة من البرامج المخصصة والمعبأة. ابدأ الإجراء باستخدام تصوير الثدي بالأشعة السينية الرقمية التي تم أخذ عينات منها باستخدام مرشح غاوسي. قم بتقسيم منطقة الثدي في الصورة باستخدام طريقة العتبة التكيفية الخاصة ب tzu وتحديد الحدود التقريبية للثدي.

بعد ذلك ، استخرج الأنماط الموجهة باستخدام مرشحات Gabor. مرشح Gabor هو مرشح تمرير نطاق متباين الخواص مع اتجاه مفضل. يتم توجيه وظيفة مرشح Gabor الحقيقية هذه عند 90 درجة تحت الصفر.

السيجما هي انحرافات معيارية على طول المحاور المعنية ، والعقدة F هي تردد التعديل. يتم الحصول على مرشحات الجيوب الأنفية في زوايا أخرى باستخدام تحويل الإحداثيات. تظهر هذه الرسوم المتحركة الاستجابة النبضية لمرشح جابور على اليسار والاستجابة الطيفية أو الترددية في الملاحظة اليمنى ، وتتغير حيث تبدأ زاوية الاتجاه عند سالب 90 درجة وتمر عبر 180 درجة من العقدة اليمنى Sigma X و F من حيث تاو ، العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى للحد الغوسي.

اكتب أيضا سيجما Y كعدد L متعدد من سيجما X.Now ، يتحكم tau و L في التردد المركزي وعرض النطاق الترددي للمرشح وعرض وطول المكونات الموجهة المراد تصفيتها في هذه الرسوم المتحركة. تتنوع قيمة تاو في مرشح Gabor مع الحفاظ على ثبات جميع المعلمات الأخرى. مع زيادة تاو ، يزداد عرض دالة جابور في المجال الفضائي وينخفض التردد المركزي لاستجابة التردد.

توضح هذه الرسوم المتحركة تأثير المعلمة L على الاستجابة النبضية والاستجابة الطيفية لمرشاح جابور. للتطبيقات العملية ، يجب اختيار القيم المناسبة ل tau و L ويجب استخدام مرشحات متعددة. يظهر هذا الفيديو تطبيق 180 مرشحا من مرشحات Gabor على صورة اختبار لنبات بأجزاء موجهة من عدة زوايا.

من الواضح أن استجابة مرشح Gabor تلتقط المكونات الموجهة الموجودة في الصورة بزوايا مختلفة. يتم حفظ الحد الأقصى للاستجابة عند كل بكسل على جميع زوايا التصفية المستخدمة في صورة واحدة يشار إليها باسم استجابة حجم Gabor. يتم حفظ الزاوية المقابلة لمرشح Gabor لكل بكسل في صورة أخرى يشار إليها باسم استجابة زاوية Gabor.

اختر القيم المناسبة ل tau و L للتصوير الشعاعي للثدي. بعد ذلك ، قم بتطبيق مجموعة من 180 مرشحا حقيقيا من Gabor على الصورة متباعدة بالتساوي على النطاق من 90 درجة تحت الصفر إلى زائد 90 درجة. يستخرج كل مرشح المكونات الموجهة للتصوير الشعاعي للثدي في المساحة المقابلة له.

ينشئ اتجاه المجال لكل صورة تصوير ثدي للثدي صورة استجابة فجوة أو حجم باستخدام أعلى استجابة للحجم عند كل بكسل. تظهر صورة استجابة الفجوة أو الحجم النهائية قيما عالية للبكسل المتعلقة بالأنماط الموجهة ، وبالتالي تسلط الضوء على هياكل الأنسجة ذات الخصائص الاتجاهية المفضلة. لا يتم الاحتفاظ بالمناطق ذات المستويات الرمادية نفسها تقريبا ولا يوجد نسيج موجه في النتيجة.

أيضا ، لكل تصوير شعاعي للثدي ، قم بإنشاء صورة استجابة فجوة أو زاوية ، مرة أخرى ، باستخدام أعلى استجابة في كل بكسل. تعطي هذه الصورة زاوية النمط الموجه السائد عند كل بكسل. تتفق الزوايا في هذه الصورة مع زوايا هياكل الأنسجة الأساسية.

هنا ، تظهر استجابة حجم جابور واستجابة زاوية غابور جنبا إلى جنب. تظهر المستطيلات منطقة اهتمام حددها أخصائي الأشعة. يتم توفير مزيد من التفاصيل من خلال هذه المناظر المكبرة لمنطقة الاهتمام.

الخطوة التالية هي استخدام صورة استجابة حجم Gabor لتحديد الهياكل الخطية للمنحنى ذات الأهمية باستخدام تقنية القمع غير الأقصى. هنا ، وحدات البكسل المميزة باللون الأبيض هي وحدات البكسل الأساسية المحددة التي هي مؤشرات محتملة أو شويكات أو أنسجة غدية ليفية. الآن ، قم بإزالة وحدات البكسل الأساسية المرتبطة بتدرج قوي لمنع التحديد الخاطئ للهياكل.

هذا ينتج عنه الهياكل الخطية curva ذات الأهمية. فيما يلي تفاصيل المنطقة نفسها قبل وبعد إزالة وحدات البكسل المرتبطة بتدرج قوي. بمجرد الانتهاء من ذلك ، قم بتصفية مجال الاتجاه باستخدام مرشح Gaussian وعينة لأسفل لتقليل الضوضاء وتقليل الحساب اللازم.

يتم عرض إجراء الإدلاء بالأصوات في تحليل صورة المرحلة هنا. يظهر التصوير الشعاعي للثدي الأصلي على اليسار وتظهر استجابة زاوية الجابور ذات الصلة على اليمين على اليسار. تظهر النافذة الزرقاء الصغيرة نافذة التحليل التي تنزلق فوق نافذة الصورة الأصلية.

يتم تخطي المواضع التي تؤدي إلى عدم التصويت في خريطة العقدة ولا تظهر في نافذة الفيديو. يتم تمييز المواضع التي تؤدي إلى الإدلاء بالتصويت في خريطة العقدة بعلامة النجمة الخضراء في الموضع المقابل على اليمين في نهاية الإجراء ، وتحتوي خريطة العقدة على خريطة للنقاط أو الأصوات للإدلاء بها ، ومن المتوقع أن يتم الإدلاء بأعداد كبيرة نسبيا من الأصوات في المواقع التي تحتوي على أنماط متباينة أو متقاربة. يتم تطبيق عامل تصفية تجانس أو تراكم للحصول على نسخة تمت تصفيتها من خريطة العقدة.

يتم الكشف عن القمم المحلية في خريطة العقدة التي تمت تصفيتها لتسهيل قطع المناطق ذات الأهمية لمزيد من التحليل. الآن ترتيب القمم في خريطة العقدة وفقا لقيمها. بمجرد الانتهاء من ذلك، قم بقص المناطق ذات الاهتمام من الصورة الأصلية المتمركزة في القمم المقابلة في خريطة العقدة للعقد الموجودة على الحواف، وقم بإنشاء مناطق ذات أهمية تتضمن أكبر قدر ممكن من بيانات الصورة كما هو متاح في موقع الذروة المحدد.

ابدأ التوصيف عن طريق تحديد منطقة الاهتمام ومعالجتها مسبقا وإجراء تحويل بهو ثنائي الأبعاد. يظهر هنا لوغاريتم طيف القدرة بعد تحويله إلى إحداثيات قطبية للتردد والزاوية. تتراوح الزاوية الموضحة في المحور الأفقي من صفر درجة إلى 179 درجة.

يتراوح التردد الشعاعي على المحور الرأسي من 0.02 ملم إلى سالب واحد إلى 2.5 ملم إلى السالب مع الزاوية العلوية اليسرى ، و 0.02 ملم إلى سالب واحد وصفر درجة. الآن قم بتحويل الطيف ثنائي الأبعاد إلى دالة أحادية البعد للتردد المكاني. من خلال دمج طيف القدرة في الإحداثيات القطبية عبر الزوايا لكل قيمة من قيمة التردد المكاني.

فيما يلي الوظيفة المرسومة على مقياس لوغاريتمي ، واستبعاد مناطق التردد المنخفض والعالي وتطبيق الانحدار الخطي لتحديد منحدر الخط المجهز. هذا المنحدر هو تقدير لعامل قانون القدرة بيتا للكعكة الكسرية. نموذج متحرك.

استخدم هذا لحساب البعد الكسوري لحساب الانتروبيا. ارجع إلى الطيف ثنائي الأبعاد في الإحداثيات القطبية. قم بتحويلها إلى دالة أحادية البعد للزاوية من خلال دمجها على قيم التردد المكاني.

لكل قيمة من قيمة الزاوية، قم بتطبيع الدالة بحيث تصل إلى واحد. ثم احسب إنتروبيا النتيجة. في هذه المرحلة ، هناك ثلاثة تدابير لكل منها.

تم الكشف تلقائيا عن منطقة الاهتمام وقيمة العقدة والبعد الكسوري والانتروبيا. استخدمها لتوصيف أنماط التكهنات المتعلقة بالتشويه المعماري وفصلها عن أنماط الأنسجة الطبيعية. تطوير مصنف باستخدام مناطق الاهتمام المصنفة من قبل أخصائي الأشعة.

تظهر هنا في مساحة الميزات تصنيفات المناطق المقطوعة من الصور المسماة أثناء التدريب باللون الأخضر للإيجابيات الكاذبة والأزرق للإيجابيات الحقيقية. كما تظهر مخرجات المصنف المدرب لحالة الاختبار التي يتم تحليلها. يظهر الأسود إيجابيات خاطئة وإيجابيات حقيقية حمراء حقيقية.

في هذا المخطط ، يوضح الخط الأسود منحنى خاصية تشغيل مستقبل الاستجابة الحرة. عند استخدام قيمة العقدة فقط ، يكون لها حساسية 80٪ مع 8.1 إيجابيات خاطئة لكل مريض. يمثل المنحنى الأحمر النتائج عندما يتم استخدام قيمة العقدة ذات السمات الثلاث والإنتروبيا والبعد الكسوري معا عند حساسية 80٪.

ينتج عنه 5.6 إيجابيات كاذبة لكل مريض. في هذه الصورة ، يتم عرض المناطق الست ذات الأهمية الأعلى في التصنيفات. تشير الأرقام الموجودة خارج الأقواس إلى الترتيب وفقا لمصنف بايز.

تتوافق الأرقام الموجودة بين قوسين مع ترتيب خريطة العقدة السابق. تمثل المستطيلات الخضراء مناطق إيجابية حقيقية ذات أهمية. في المرحلة الأخيرة من التحليل ، تمثل المستطيلات الصفراء إيجابيات خاطئة.

المستطيل الأحمر هو المنطقة ذات التشويه المعماري الذي حدده أخصائي الأشعة. تتداخل ثلاث من المناطق ذات التصنيف العالي مع المنطقة المشبوهة للتشوه المعماري التي حددها أخصائي الأشعة ، مما يشير إلى الاكتشاف الناجح عن طريق الإجراء. بعد مزيد من العمل على تحسين خوارزمياتنا وبرامجنا ، يمكن تطبيق الإجراءات على تصوير الثدي بالأشعة السينية في العيادة من خلال دمج جهاز كمبيوتر مع برنامجنا وأنظمة العرض المناسبة في سير عمل أخصائي الأشعة.

باتباع إجراءاتنا ، يمكن تطوير طرق أخرى للإجابة على أسئلة إضافية مثل كيفية تطور التشويه المعماري وأورام الثدي بمرور الوقت. يمكن دمج نتائج إجراءاتنا في الممارسة الإشعاعية ، مما يؤدي إلى تشخيص سرطان الثدي في مراحله المبكرة ، وبالتالي تحسين نتائج العلاج.