عنوان پایان‌نامه
آنالیز شکل جهت تعیین هیپوکامپ معیوب در بیماری صرع گیجگاهی با استفاده از تصاویر تشدید مغناطیسی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق- مهندسی پزشکی - بیوالکتریک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44597;کتابخانه دانشکده برق و کامپیوتر شماره ثبت: E1725
- تاریخ دفاع
- ۱۶ اسفند ۱۳۸۸
- دانشجو
- محمد اسمعیل زاده فریدنی
- استاد راهنما
- حمید سلطانیان زاده
- چکیده
- هدف از این پایان¬نامه، بررسی کاربرد آنالیز شکل در صرعِ لُب گیجگاهی میانی (mTLE) می¬باشد. در بیماران mTLE، معمولاً یکی از دو هیپوکمپ مغز، کانون تشنج و حملات صرعی می-باشد و جراحی برداشت قسمتی یا تمام این هیپوکمپ معیوب، یکی از آخرین راه¬های درمانی برای کنترل حملات صرع می¬باشد. از طرفی هیپوکمپِ معیوب این بیماران معمولاً مستعد کوچکی و/یا تغییر شکل می¬باشد. بنابراین آنالیز شکل در تعیین هیپوکمپ معیوب در مراحل قبل از جراحی می¬تواند مفید باشد. لازم به ذکر است ورودی روش¬های موجود در این پایان¬نامه، تصاویر جداشده¬ی هیپوکمپ از تصاویر تشدید مغناطیسی می¬باشد. روش آنالیز شکل مورد استفاده در این پایان¬نامه، هارمونیک¬های کروی (SPHARM) می-باشد. در این روش، سطح ساختار مورد بررسی بر حسب تعدادی توابع پایه بسط داده می¬شود و ضرایب حاصل به عنوان ویژگی¬های توصیف¬گر شکلِ ساختار مورد بررسی استفاده می¬شوند. آنالیز و مقایسه¬ی اَشکال به روش SPHARM، نیازمند تعدادی مرحله¬ی پیش و پس پردازش می¬باشد که از مهم¬ترین آنها می¬توان به استاندارد سازی سایز مغزها، انطباق هیپوکمپ سوژه¬های مختلف و کاهش بعد ویژگی¬های حاصل از بسط SPHARM اشاره کرد. در این پایان نامه به معرفی و ارائه روش¬هایی در ارتباط با این موضوعات می¬پردازیم. روش ارائه شده جهت کاهش بُعد، به نوعی مشابه عمل فیلتر کردن مؤلفه¬ها¬ی فرکانسی ناخواسته در پردازش سیگنال می¬باشد، ضرایبی از SPHARM انتخاب می¬گردد که بیشترین انطباق با ساختار هیپوکمپ را دارا باشند و باقی ضرایب حذف می¬گردند. سپس با استفاده از این ضرایب، معیارهایی برای سوژه¬های بیمار تعریف می¬گردد که منفی (مثبت) بودن آن نشان دهنده¬ی معیوبی هیپوکمپ چپ (راست) می¬باشد. با استفاده از این معیارها، نتایج جداسازی بیماران با mTLE چپ و راست به روش خوشه¬بندی و طبقه¬بندی 85% و 92% حاصل گردید. علاوه بر آنالیز شکل جهت تعیین هیپوکمپ معیوب، آنالیز آماری شکل هیپوکمپ نیز به منظور تشخیص نقاطی که بیشترین تغییرات ساختاری در آنها (نسبت به افراد سالم) رخ می¬دهد صورت می¬گیرد. در این مرحله پس از تعیین نقاط متناظر سطحی تمام هیپوکمپ¬ها، با مقایسه¬ی آماری جایگاه نقاط برای سوژه¬های مختلف، محل و نوع بیشترین تغییرات بدست می¬آید. بیشترین تغییرات هیپوکمپ معیوب نسبت به هیپوکمپ¬های افراد سالم و هیپوکمپ نامعیوب افراد بیمار، در نواحی CA1 هیپوکمپ مشاهده گردید. همچنین در هیپوکمپ غیرمعیوب افراد مصروع، در برخی نواحی حتی نسبت به هیپوکمپ افراد سالم نیز بیرون زدگی مشاهده گردید، که این موضوع را به قابلیت نرمینگی مغز، انتقال برخی وظایف هیپوکمپ معیوب به هیپوکمپ غیر معیوب و ایجاد سلول¬های عصبی جدید می¬توان نسبت داد. واژگان کلیدی: آنالیز شکل، SPHARM، تغییر شکل هیپوکمپ، mTLE، انطباق هیپوکمپها، استخراج ویژگی از ضرایب SPHARM.
- Abstract
- Abstract The purpose of this thesis is to study the application of shape analysis in Mesial Temporal Lobe Epilepsy (mTLE). In this group of patients, usually one of the brain's hippocampi is the focus of the epileptic seizures, and resection of the seizure focus is the ultimate treatment to control or reduce the seizures in these patients. Moreover, the epileptogenic hippocampus is prone to shrinkage and deformation. Therefore, shape analysis of the hippocampus may be beneficial in the preoperative assessment for the identification of the epileptogenic hippocampus (Lateralization). The shape analysis methods utilized in this thesis are based on Spherical Harmonics (SPHARM), a powerful tool for modeling and processing of 3D connected objects of any shape. In this method, the shape of interest is decomposed using a set of bases functions and the coefficients of expansion are used to describe the shape of interest. To perform shape comparison and analysis, some pre- and post-processing steps such as "alignment of hippocampi of different subjects" and the "reduction of feature-space dimension" are required. To this end, specific methods are proposed and applied in the thesis. The method prposed for dimension reduction of SPHARM coefficients is similar to filtering of unwanted frequency components in signal processing. Here, among all SPHARM coefficients, only the ones with maximum conformity with the hippocampus shape are kept. Then, using these coefficients of healthy and epileptic subjects, specific lateralization indices are proposed, where the negative (positive) values correspond to the left (right) diseased hippocampus. The lateralization accuracy using these indices and clustering or classification algorithms are 85% and 92%, respectively. In addition, statistical shape analysis of the hippocampus to detect areas with most deformation is performed. To this end, statistical comparison of corresponding surface points reflects highly deformed areas. Here, CA1 was found as most deformed regions of hippocampus in mTLE patients. Also, the nonepileptogenic hippocampi of mTLE patients showed some outward deformation with respect to hippocampi of normal subjects. This could be related to the brain's neuroplasticity, the transference of the epileptogenic hippocampi's responsibilities to the non-epileptogenic one and the genesis of new neuronal cells. Keywords: Shape Analysis, Spherical Harmonics (SPHARM), Hippocampus deformation, Mesial Temporal Lobe Epilepsy (mTLE), Hippocampi alignment, SPHARM feature extraction.
