پزشکی بالینی

PDF متن کامل روش

سرطان سينه يكي از عمده‌ترين عوامل مرگ در ميان زنان است. هر پيشرفتي در تكنيك‌هاي تشخيصي اوليه براي بهبود كيفيت زندگي زنان مهم و حياتي است. ماموگرافي اصلي‌ترين تستي است كه براي آزمايش و تشخيص اوليه سرطان سينه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تشديد مغناطيسي كنتراست بالاي سينه، راه حل بسيار جالبي براي ماموگرافي استاندارد است. اين مقاله يك شيوه قطعه‌بندي كمي سازي برداري را براي آشكارسازي جرم سرطاني از تصاوير ماموگرافي ارائه مي‌دهد. به خاطر افزايش كارايي تشخيص راديولوژيست، چند برنامه تشخيص كامپيوتري ( CAD( computer-aided diagnosis) جهت بهبود و پيشرفت آشكارسازي آثار اوليه اين بيماري ايجاد شده اند: جرم‌ها و microcalcification ها.

سـرطـان سينـه يكـي از مهـم‌تـريـن و شـايع‌ترين بيماري‌ها در زنان است و دانستن اطلاعات اساسي در اين زمينه براي هر زني اگرچه دچار اين بيماري نيز نباشد به دليل شايع بودن و مهم‌ بودن بيماري لازم است. قابل ذكر است كه بيشتر توده‌هاي پستان سرطاني نيستند و درمان سرطان پستان هميشه به برداشتن پستان منتهي نمي‌شود و در مراحل اوليه بيماري با درمان‌هاي جديد شانس بهبودي واقعي وجود دارد.
‌شناخت سيستم لنفاوي پستان از لحاظ تشخيصي و درماني حائز اهميت است. تومورهاي پستان مي‌توانند از طريق سيستم لنفاوي گسترش يافته و به تمام بدن راه يابند و درحقيقـت سيستم لنفاوي راهي براي ارتباط لنف با عروق است. خون‌رساني به قسمت‌هاي داخلي و مركزي پستان توسط شاخه‌هاي شرياني انجام مي‌شود پستان داراي سيستم عصب دهي نيز است.

علائمي كه ممكن است درسرطان پستان ظاهرشوند عبارتند از:
توده در پستان (شايع‌ترين علامت)، تغيير در اندازه يا شكل پستان، به داخل كشيده شدن يا برگشتن نوك پستان‌ها، قرمزي وجوش در اطراف نوك پستان، خون‌ريزي يا تــرشــح از نــوك پـسـتــان، كشيـده شـدن پـوسـت پــسـتــان، تــورم و احـســاس تــوده در زيــر بـغــل، وريـدهـايـي واضـح روي پـسـتـان، زخـم پـوست پـسـتـان، عـلائـم تـومـورهـاي ثـانـوي در جـاهـاي ديگر، تورم بازو، درد.

انواع روش‌هاي درمان
درمــان‌هــاي مـتـفـاوتـي بـراي سـرطـان پستـان وجود دارد:
1- جراحي
2- پرتو درماني
3- درمـان كـمـكي (هورمون درماني- شيمي درماني)
4- تخريب تخمدان‌ها
جراحي

‌جراحي محافظتي پستان
درمان قطعي پس از در نظر گرفتن يك سري از فاكتورها مثل اندازه توده نسبت به اندازه پستان، محل تومور، مرحله و درجهِ تومور و تمايل بيمار در پذيرفتن درمان‌هاي اضافي به همراه جراحي مشخص مي‌شود.
اغـلـب تـومورهاي كوچك كه طي برداشتن قسمتي از بافت پستان خارج مي‌شوند اثر قابل توجهي روي ظاهر پستان نمي‌گذارند و جاي برش پوستي بر پوست جزئي خواهد بود اما در مـورد تـومـورهـاي بـزرگ بـه خصوص اگر يك قسمت كامل پستان، برداشته شود ممكن است از دست دادن واضح بافت پستان نمايان شود.

برداشتن پستان (ماستكتومي)
ماستكتومي به خارج كردن كامل بافت پستان كه در برگيرنده پوست روي پستان همراه با نوك پـستان و آرئول (هاله اطراف پستان) نيز است، اطلاق مي‌شود.
تـنـهـا در مـاسـتـكـتـومـي زيـر پـوسـتي است كه پـوسـت پـسـتان بدون عيب و به‌صورت دست نـخـورده روي پـستان در حالي كه بافت پستان خارج مي‌شود مي‌ماند.
1-ماستكتومي ساده يا كامل: اين عمل شامل برداشتن تمام نسج پستان كه به طرف زير بازو كشيده مي‌شود و نوك پستان و هاله و پوست اطراف آن است.
2-ماستكتومي نسبتا وسيع: علاوه بر بافت‌هاي پستان كه در جريان ماستكتومي ساده برداشته مي‌شوند يكي از عضلات جدار قفسه سينه و قسمت‌هاي كوچك و بزرگ عضلاتي كه از زير بغل مي‌گذرند و از دنده‌ها به سمت لبه شانه كشيده مي‌شوند، برداشته مي‌شوند.
3- مـاستكتـومي كاملا وسيع: علاوه بر ماستكتومي نسبتا وسيع غدد لنفاوي نيز برداشته مي‌شود.

‌برداشتن غدد لنفاوي
در حال حاضر عقيده بر اين است كه درگيري غدد لنفاوي (يعني در نمونه برداري از غدد سلول سرطاني مشاهده شود) علامتي بر گسترش بيماري در سراسر بدن است. برداشتن جراحي ممكن است كه براي بهبود علائم و تسكين آن مفيد باشد اما الزاما اثري در جهت افزايش بهبودي و درمان ندارد.

اشعه درماني (پرتو درماني)
پرتو درماني يا درمان تشعشي اغلب پس از جراحي براي سرطان پستان جهت از بين بردن موضعي سلول‌هاي سرطاني به كار مي‌رود كه طي آن اشعه به ناحيه‌اي از پستان تابيده مي‌شود و باعث كاهش خطر عود مي‌شود.

درمان كمكي
هدف از اين درمان انهدام سلول‌هاي سرطاني است كه از پستان خارج و در نقاط ديگر بدن انتشار يافته‌اند و هدف از درمان كاهش خطر رشد ثانويه در ساير نقاط بدن است كه به دو روش صورت مي‌گيرد:
‌هورمون درماني
شيمي درماني

شيمي درماني
از داروهاي ضد سرطان شيمي درماني به منظور پيدا كردن و از بين بردن سلول‌هاي سرطاني در سرتاسر بدن استفاده مي شود. اين داروها اغلب پس از جراحي سرطان در افـراد پرخطر كه احتمال انتشار سلول‌هاي سرطاني به خارج از پستان قبل و بعد از تشخيص تومور مي‌رود به كار برده مي‌شود. درمان بيشتر در زنان قبل از يائسگي به كار مي‌رود به خصوص كساني‌كه تومور مهاجم يا غدد گرفتار در زير بغل دارند.

تخريب تخمدان‌ها
تخريب تخمدان‌ها باعث افزايش بقاي عمر در 30% موارد و كاهش عود بيماري در 35% موارد مي‌شود.
سرطان سينه را مي‌توان به طور موثرتري درمان كرد مشروط به اين‌كه در مراحل اولـيــه‌اش كـشــف و آشـكــارسـازي شـود. اولتـراسـونـوگـرافـي بـه شكـل وسيعـي بـراي آشـكـارسـازي و ارزيـابـي اكـثـر بـيـمـاري‌هـا اسـتـفـاده مـي‌شود. در مورد سرطان سينه، اولتراسونوگرافي يك تكنيك تصويربرداري مكمل بسيار مفيد براي ماموگرافي است. موثرترين روش براي آشكارسازي اوليه و آزمايش سرطان‌هاي سينه ماموگرافي x-ray اسـت. هـرچـنـد، خـوانـدن مـامـوگـرافـي كـاري سـخـت براي راديولوژيست‌ها است و نمي‌تواند نتايج ثابت و استواري از حوزه زمان به زمان فراهم كند. اظهار نظرها بستگي به تمرين، تجربه و معيارهاي ذهني و فردي دارد. علاوه بر اين، ماموگرافي يك نرخ بالاي مثبت كاذب توليد مي‌كند، در حالي كه تنها حدود 525 تصوير از 1800 تصوير دربرگيرنده جراحت مي‌شود.
قـطـعـه‌بـندي به ارزيابي كامپيوتري تومورها و تشخيص عقده‌هاي خوش خيم و بدخيم كمك خواهد كرد. از آنجايي كه آزمايش مــــامــــوگــــرافــــي عــمـــومـــا تـســـت اصـلـــي بـــراي آشـكـارسـازي اوليه سرطان سينه است، ناگزير تـصـاويـر بـسـيـار زيـاد مـامـوگـرافي را بايد تعداد محدود و اندك راديولوژيست‌ها بررسي كنند. بــراي افـزايـش بـازده و كـارايـي امـر تـشـخـيـص، تشخيص كامپيوتري را براي فرايند غربال كردن و گزينش مورد استفاده قرار مي‌دهند.
مــامــوگــرافــي بــه عـنــوان تـسـت اصلـي بـراي آزمــايــش و تـشـخـيــص اولـيــه بــه كــار مــي‌رود. آشــكــــارســــازي اولــيــــه انــجــــام شــــده بــــر روي ماموگرافي x-ray راه حلي جهت بهبود سرطان سينه در اثر پيش‌بيني آن است. به خاطر افزايش كـارايـي تـشـخـيـص راديـولوژيست، چند برنامه تـشـخـيـص كـامـپـيـوتـري (CAD) جـهـت بهبود و پـيـشـرفـت آشـكـارسـازي آثـار اوليه اين بيماري ايجاد شده‌اند: جرم‌ها و microcalcification ها.
تـعدادي از شيوه‌هاي پردازش تصوير براي انـجـام ايـن كـار پـيـشـنـهـاد مـي‌شـوند. S.M.Lai و W.Qian بـه تـرتـيـب فـيـلـتـريـنـگ اصـلاح شـده و فيلترينگ ميانگين وزني را براي افزايش تصوير رقـمــي شــده قـبـلــي بـراي تعييـن شـيء پيشنهـاد مي‌كنند. D.Brzakovic تركيبي از آستانه‌سازي و هرم فازي را براي مكان يابي و دسته بندي جرم مــورد اسـتـفــاده قــرار مــي‌دهـد. ديـگـر مـحـقـقـان بـي‌تقـارنـي يـا عـدم تقـارن بيـن تصـاويـر چـپ و راست سينه را براي تعيين محل احتمالي جرم بــه‌كــار مــي‌بــرنــد. Yin هــر دو تـفــريــق خـطـي و غير‌خطي را به‌كار مي‌برد در حالي كه اين روش توسط Lau بر روي <بي‌تقارني يا عدم تقارن ساختاري> بين دو تصوير سينه تكيه دارد. اخيرا Kegelmeyer نتايج اميدبخشي را براي آشكارسازي جراحات ملاحظه شده بر اساس ويژگي هاي لبه محل و ويژگي‌هاي بافت Laws گزارش داده است. شيوه‌هاي فوق الذكر تقريبا در 90% موارد آشكارسازي مثبت و درستي را توليد كرده‌اند. روشي كه در اين مقاله پيشنهاد مي‌شود يك فرايند قطعه‌بندي را ارائه مي‌دهد كه بر اساس آن بر روي يك تصوير ماموگرافي نواحي تيره، مشكوك بودن يا نبودن، به وسيله كمي سازي برداري مشخص مي‌شود.
تــومــورهـا يـا calcification هـا در يـك زمينـه نـاهمگـن قـرار مـي‌گيـرنـد. در تصـاويـر ماموگرافي، اشياء زمينه ممكن است حتي روشن‌تر ظاهر شوند. بنابراين، شيوه‌هاي آسـتـانـه‌اي جـهـانـي اشـكـالات و مـوانـع زيـادي را دربردارند. در اين مقاله يك فرايند طبقه‌بندي ارائه مي‌شود كه بر اساس آن بر روي يك تصوير ماموگرافي نواحي تيره، مشكوك بودن يا نبودن، به وسيله كمي سازي برداري مشخص مي‌‌‌شود و البته زمان متوسطي را هم صرف كرده ولي صحت و دقت خوبي را با پيچيدگي كمتري فراهم مي‌كند. الگوريتم Watershed اشكالي در قطعه‌بندي تصوير ايجاد مي‌كند و آن اين است كه تصوير را براي تعيين تومور تيره و نامعلوم (مات و مبهم) مي‌كند. قطعه‌بندي به وسيله ماتريس تصادفي سطح خاكستري نيازمند زمان زيادي براي تعيين محدوده تومور و البته بـــــا دقـــتـــــي كـــمـــتـــــر اســـــت. الـــگـــــوريـــتـــــم قـــطـــعـــــه‌بـــنـــــدي كـــمــــي ســــازي بــــرداري )VQ( )Vector Quantization( قصد دارد تا چنين اشكالات و معايبي را برطرف كند.

كمي سازي برداري
كمي سازي ‌برداري يك تكنيك تدريج كلاسيك از پردازش سيگنال است كه امكان مدل‌سازي توابع چگالي احتمال را به وسيله توزيع بردارهاي نمونه اوليه فراهم مي‌كند. در اصل اين كار براي فشرده‌سازي داده‌ها و اطلاعات استفاده مي‌شود. اين تكنيك با تقسيم يك مجموعه بزرگ از نقاط (بردارها) به گروه‌هايي كه تقريبا همان تعداد نقاط را دارند عمل مي‌كند. هر گروه با نقطه مركز ثقلش نمايش داده مي‌شود همانند K-means و الگوريتم‌هاي دسته‌بندي.
ويژگي تطبيق چگالي كمي سازي ‌برداري پر قدرت است، به ويژه براي تعيين چگالي داده‌هاي بزرگ و چند بعدي. از آنجايي كه نقاط داده‌ها به وسيله شاخص نزديك‌ترين مركز ثقل شان نمايش داده مي‌شود، به طور عادي و نرمال داده‌هاي مورد نظر خطاي كمي داشته و خطاي بزرگ داده‌ها بسيار كم است. به همين دليل VQ براي فشرد سازي داده‌هاي پر اتلاف مناسب است. VQ را مي‌توان براي تصحيح داده‌هاي پر اتلاف و تخمين چگالي نيز مورد استفاده قرار داد.
كمي سازي ‌برداري (VQ) تكنيكي مؤثر براي فشرده سازي داده‌ها بوده و به طرز موفقيت آميزي در كاربردهاي مختلف مانند فشرده‌سازي شاخص استفاده مي‌شود. VQ در زمينه‌هاي پژوهشي متنوع و گوناگوني مـانند تشخيص گفتار و تشخيص چهره بسيار رايــج اسـت. VQ در كـاربـردهـاي زمـان حقيقـي )real time( نـيـز بـه كـار مـي‌رود مانند تشخيص حوادث real time مبتني بر ويدئو و سيستم‌هاي تـشخيص نفوذ غير عادي، قطعه‌بندي تصوير، فشرده‌سازي داده‌هاي گفتار، بازيابي تصوير بر اســاس مـحـتــوا )CBIR( contentbased image retrieval( و تشخيص چهره.

الگوريتم هايي براي قطعه بندي
در اين بخش قطعه‌بندي را به‌وسيله ماتريس تـصـادفـي سـطح خاكستري (GLCM)، الگوريتم Watershed اصـلـي و الـگـوريـتـم تـولـيد كدبوك مياني Kekre )KMCG( كه براي انجام مقايسه‌اي يا تطبيقي تشخيص تومور استفاده مي‌شوند شرح مي‌دهيم.

ماتريس تصادفي سطح خاكستري
Haralick اسـتـفـاده از مـاتـريـس‌هـاي تصادفي سـطـح خـاكـسـتـري )GLCM( را بـراي تـعـريف و تعيين ويژگي هاي بافت پيشنهاد مي كند. مقادير عناصر ماتريس تصادفي فركانس هايي نسبي را بـا دو پـيـكـسـل هـمـسـايـه كـه بـا فـاصـلـه d از هم متمايزند و بر روي تصوير ظاهر مي شوند ارائه مـي دهـد، در ايـنـجـا يـكـي از پـيـكـسـل هـا سـطح خاكستري i و پيكسل ديگر سطح خاكستري j دارد. چـنـيـن مـاتـريـسـي متقارن بوده و تابعي از نـسبت (رابطه) زاويه‌اي بين دو پيكسل مجاور است. ماتريس تصادفي را مي‌توان بر روي تمام تصاوير محاسبه كرد، ولي با محاسبه آن در پنجره كـوچكي كه تصوير را اسكن مي‌كند، مي‌توان ماتريس تصادفي را به هر پيكسلي وابسته كرد. با اسـتـفـاده از مـاتريس تصادفي سطح خاكستري مي‌توان ويژگي‌هاي مختلفي را مانند احتمال، آنتروپي (بي‌نظمي)، انرژي، واريانس، اختلاف گشتاور معكوس و غيره استخراج كرد. به وسيله مـاتـريـس تـصـادفـي ويـژگـي‌هـاي بـافـتـي مـهـم و عمده‌اي به صورت زير تعريف مي‌شوند:
حداكثر احتمالmax)Pij(=
واريانس=
همبستگي=
در اينجا ‌ و ‌ ميانگين و‌ و ‌ انحراف معيار هستند.
آنتروپي (بي نظمي= )
در ميان تمام اين ويژگي‌ها آنتروپي بهترين نتايج را به، نشان داد. پس در اين مقاله آنتروپي به وسيله ماتريس تصادفي سطح خاكستري استخراج شده و نتايج در شكل )b( 5 نمايش داده مي‌شوند به‌علاوه اينكه الگوريتم‌هاي Watershed و KMCG براي مقايسه مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

الگوريتم Watershed
قطعه‌بندي Watershed به وسيله گراديان نزولي بر روي ويژگي‌هاي تصوير و آناليز نقاط ضعيف در امتداد مرزهاي ناحيه، پيكسل ها را به چندين ناحيه دسته‌بندي مي‌كند. فضاي ويژگي تصوير به‌وسيله يك نگاشت مناسب اصلاح مي‌شود، همانند يك سطح توپولوژيك در جايي كه مقادير بالاتر وجود مرزها را در داده‌هاي تصوير اصلي مشخص مي‌كنند. اين الگوريتم قياس را به‌همراه آبي كه به تدريج حوضچه‌هاي افقي با سطح پايين را پر مي‌كند به كار مي‌برد. سايز اين حوضچه‌ها با افزايش آب بيشتر مي‌شود تا زماني كه آب آن‌ها به حوضچه‌اي ديگر سر ريز شود. حوضچه‌هاي كوچك (نواحي) به تدريج با هم درون حوضچه‌هاي بزرگتر ادغام و تركيب مي‌شوند. نواحي به وسيله ساختار هندسي مكان كه وابسته به ويژگي‌هاي حيطه تصوير است با اندازه حداكثر كراني است ساخته مي‌شوند. تكنيك‌هاي Watershed يك سلسله مراتب يا مرتبه‌بندي از قطعه‌بنده را ايجاد مي‌كنند، بنابراين بايد قطعه‌بندي هم با استفاده از دانش گذشته و هم به صورت دستي انتخاب شود. اين روش‌ها براي تركيب اندازه‌گيري‌هاي متفاوت مناسب بوده و نسبت به آستانه‌هاي تعريف شده توسط كاربر حساسيت كمتري دارند. الگـوريتـم Watershed بـراي تصـاويـر مـامـوگـرافـي اجـرا شـد. نتايج مربوط به تصاوير ماموگرافي در شكل )c(5 نمايش داده مي‌شوند.

الگوريتم پيشنهادي مراحل الگوريتم

مرحله 1: تقسيم تصوير به بلوك‌هاي بدون همپوشاني.
مرحله 2: تبديل هر بلوك به بردار آموزش. ماتريس آموزشي كامل به عنوان يك دسته )X( لحاظ مي‌شود.
مرحله 3: كدبوك با اندازه مطلوب به‌وسيله KMCG توليد مي‌شود.
مرحله 4: بازسازي تصوير توسط اولين بردار رمز.
مرحله 5: انجام پس پردازش بر روي تصوير بازسازي شده براي قطعه‌بندي صحيح و كامل تصوير.

الگوريتم توليد كدبوك سريع مياني Kekre
در اين الگوريتم تصوير به بلوك هايي تقسيم شده و اين بلوك ها به بردارهايي با ابعاد K تبديل مي شوند. شكل 2 ماتريس T با سايز M*K را نشان مي دهد كه شامل M تعداد بردار آموزشي تصوير با ابعاد K است.
هـر رديـف از ماتريس بردار آموزش تصوير k بعدي است.
بـردارهـاي آمـوزش نسبـت بـه اوليـن عناصر تمام اين بردارها دسته بندي مي شود يعني نسبت به اولين ستون از ماتريس T دسته بندي شده و تمام ماتريس به عنوان يك دسته يا گروه لحاظ مي شود. ميانگين يا ميانه ماتريس T انتخاب شده (بردار رمز) و درون كدبوك قرار مي گيرد، پس اندازه كدبوك برابر يك مي شود. ماتريس به دو بخـش مسـاوي تقسيم شده و سپس هر يك از بخش ها نسبت به دومين عناصر تمام بردارهاي آموزش يعني نسبت به دومين ستون ماتريس T دوباره دسته بندي مي شوند و بنابراين دو دسته يا گروه كه شامل تعداد برابر و يكساني از بردارهاي آموزش هستند به دست مي آيند. ميانگين يا ميانه هر دو بخش برداشته شده (به دست آورده شده) و در كدبوك نوشته مي شوند، حال سايز كدبوك به دو افزايش يافته كه شامل دو بردار رمز است و دوباره هر بخش نصف شده و به دو بخش ديگر تقسيم مي شود. هر يك از چهار بخش به دست آمده در بالا نسبت به سومين ستون ماتريس T دسته بندي شده و چهار دسته به دست مي آيد و در نتيجه چهار بردار رمز حاصل مي شود. فرايند و مـراحـل بـالا تا زماني كه كه كد بوك با سايز مطلـوب بـه دست آيد تكرار مي شود. بنابراين الگوريتم دسته بندي سريعي استفاده مي شود.

پس پردازش
در مرحله پس پردازش تصوير حاصل شده بعد از قطعه بندي VQ به عنوان تصوير ورودي در نظر گرفته مي شود. تصوير قطعه بندي شده با VQ عــلامتگـذاري شـده و مسـاحـت هـر نـاحيـه مـحـاسـبـه مـي شـود. نـاحـيـه بـا مـساحت بزرگتر استخراج مي شود. مرز ناحيه استخراج شده بر روي تصوير اصلي اضافه مي شود. نتايج شيوه پيشنهادي بر روي تصاوير ماموگرافي در شكل )a-e(3 و شكل )a-e(4 نشان داده شده اند.

نتيجه گيري
تصاوير ماموگرافي نسبت سيگنال به نويز پايين (كنتراست كم) و زمينه اي با ساختار پيچيده دارد. چگالي و كنتراست بافت سينه با سن تغيير مي يابد، بنابراين ماموگرافي كيفيت هاي متفاوت و متنوعي از تصوير توليد مي كند. علاوه بر اين، تصاوير ماموگرافي دو نمايه نيستند. در نتيجه، هر شيوه قطعه بندي كه شيوه هاي تطابقي قبلي يا يك شيوه تك مقدار آستانه اي را به كار مي برد به احتمال فراوان خطاهاي قطعه بندي مهمي را توليد مي‌كند. به علاوه، تومورها يا calcification ها در يك زمينه ناهمگن قرار مي گيرند. در تصـاويـر مـامـوگرافي، اشياء زمينه ممكن است حتي روشن تر ظاهر شوند. بنابراين، شيوه‌هاي آستانه اي جهاني اشكالات زيادي را شامل مي شوند.
الگوريتم قطعه بندي كمي سازي برداري قصد دارد اين اشكالات را برطرف كند. كمي سازي برداري مبتني بر الگوريتم دسته بندي است. نتايج به دست آمده و مشاهده شـده نشان مي دهد كه الگوريتم KMCG كمترين زمان را براي توليد كدبوك صرف مي‌كند، چون اين الگوريتم به محاسبه فاصله اقليدسي نياز ندارد. اين برنامه ها بر روي سي و پنج تصوير ماموگرافي تست شدند، سرعت (نرخ) تشخيص براي شيوه پيشنهادي 5/68% است.

منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۱۲۸، محمد کریمی مریدانی