Ανάπτυξη συστημάτων και μεθόδων επεξεργασίας και ανάλυσης ιατρικής εικόνας

Abstract

This thesis introduces novel image analysis methods, focusing on texture representation, as well as on computer-aided diagnosis. The first part of this thesis deals with the area of texture representation. Binary pattern (BP)-based approaches have been utilized in a wide range of pattern recognition applications. However, noise sensitivity is still a major concern to their applicability on the analysis of real world images. To cope with this problem we propose a generic, uncertainty-aware methodology for the derivation of Fuzzy BP (FBP) texture models. The texture discrimination capability of four representative FBP-based approaches has been evaluated on the basis of comprehensive classification and on unsupervised segmentation experiments. In the second part of this thesis a novel approach for thyroid ultrasound pattern representation is presented. Considering that texture and echogenicity are correlated with thyroid malignancy, the proposed fusion approach encodes ultrasound texture by fuzzy local binary patterns and echogenicity by fuzzy intensity histograms. This approach has been experimentally investigated on real ultrasound images for the discrimination of nodules from normal thyroid parenchyma. Finally an original scheme for the detection of nodular thyroid tissue in longitudinal ultrasound images has been presented and implemented as a prototype software system, named TND (Thyroid Nodule Detector).

Στην παρούσα διατριβή προτείνονται πρωτότυπες μέθοδοι ανάλυσης εικόνας που εστιάζονται στην αναπαράσταση της υφής καθώς και πρωτότυπες μέθοδοι υποβοήθησης της ιατρικής διάγνωσης. Το μοντέλο των Τοπικών Δυαδικών Προτύπων (Local Binary Patterns-LBP) έχει χρησιμοποιηθεί σε πλήθος εφαρμογών του πεδίου της ανάλυσης εικόνας. Ωστόσο, η ευαισθησία αυτών των μεθόδων στο θόρυβο παραμένει ένα βασικό πρόβλημα. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος προτείνεται ένα πρωτότυπο γενικευμένο μοντέλο αναπαράστασης υφής που συνδυάζει τη θεωρία των ασαφών συνόλων και το μοντέλο των δυαδικών προτύπων υφής. Το προτεινόμενο μοντέλο των Ασαφών Δυαδικών Προτύπων (Fuzzy Binary Pattern-FBP) μελετάται πειραματικά σε σύνολα εικόνων που προτείνονται στη βιβλιογραφία, στα οποία έχουν προστεθεί διάφοροι τύποι και εντάσεις θορύβου. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής παρουσιάζεται αρχικά μια πρωτότυπη προσέγγιση υπολογισμού χαρακτηριστικών για το διαχωρισμό μεταξύ φυσιολογικού και οζώδους ιστού του θυρεοειδούς σε υπερηχογραφικές εικόνες. Στην πρωτότυπη προσέγγιση που προτείνεται η υφή των υπερηχογραφικών απεικονίσεων αναπαρίστανται από ασαφείς κατανομές Τοπικών Δυαδικών Προτύπων Υφής (Fuzzy Local Binary Patterns-FLBP) και η ηχογένεια από Ασαφή Ιστογράμματα Έντασης (Fuzzy Grey-Level Histograms-FGLH). Η πειραματική αξιολόγηση της προτεινόμενης προσέγγισης με πραγματικές υπερηχογραφικές απεικονίσεις και οδήγησε σε διαχωρισμό υψηλής ακρίβειας. Επιπλέον παρουσιάζεται ένα ολοκληρωμένο πρωτότυπο σύστημα που στοχεύει στον εντοπισμό και τη διάγνωση των όζων του θυρεοειδούς αδένα.