簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 林志明
Lin, Chih-Ming
論文名稱: 應用超音波技術於人類卵泡之評估
Implementation of a Human Follicles Assessment by Ultrasound Techniques
指導教授: 陳天送
Chen, Tain-Song
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 醫學工程研究所
Institute of Biomedical Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 多重三維影像重建種子聚積成長演算法電腦輔助影像系統多囊性卵巢症候群
外文關鍵詞: Polycystic ovary syndrome, Computer-aided imaging system, Region growing method, Multiple 3D image reconstruction
相關次數: 點閱:94下載:1
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 近年來由於國人晚婚之影響,女性卵巢生殖功能的異常與老化,在不孕症中佔有相當的關連性;卵巢內卵泡個數與成長狀況對於多囊性卵巢症候群與人工生殖資訊的評估,為極重要的根據。過去臨床診斷上大都應用2D超音波,提供臨床上卵巢內卵泡的剖面影像;陰道超音波(Intravaginal ultrasound)之發展,更進一步提供三維影像資訊。然而使用該影像系統,雖然能以手動圈選方式,進行對卵泡分析二維影像資訊與單一卵泡三維重建,但是,欲瞭解卵巢內所有卵泡資訊,必須逐一分析,花費大量時間與無法準確的提供資訊。故本研究的目的之一為發展自動化圈選取代手動描繪的邊界搜尋方法,並且建立多重三維影像,期望能提供臨床專業人員更快速且客觀的搜尋出卵巢中卵泡影像,提供卵泡幾何結構上的相關參數之定量描述與分佈狀況。
    研究中我們利用自行研發的卵泡量化評估系統,實際對真實卵泡影像,進行影像重建與參數評估。為了驗證系統的重建方法,我們則利用卵泡假體的體積重建,以驗證重建方法的準確性;驗證結果精確率可達90 % 以上。本研究所提出的搜索法確實能取代手繪邊界的描繪方法;而多重三維影像的重建,更能清楚的描述卵巢內卵泡個數、實際大小與空間位置,提供醫師在診斷卵巢病變上更多的參考。

    Owing to the influence of the later marriage in recent years, the occurrence of Infertility is increasing on account to the aging of female ovarian function. Follicular number and growth are important factors for estimating Polycystic Ovary Syndrome (PCOS) and Assisted Reproductive Techniques (ART). In the past, two-dimensional ultrasound system has popularly been applied in clinical diagnosis to acquire the cross-sectional image of ovarian follicles. The development of Intravaginal ultrasound can also provide the information of three-dimension image further. Although we can utilize the imaging system to analyze 2D image information and reconstruct 3D model for single follicle, it is time-consuming and only obtains inaccurate information to analyze all follicles in the ovary. Thus, the first objective of this study was to develop an automatic boundary search method for replacing the manual one and further build multiple 3D models. Hopefully the objective measurement tool enables the clinicians in searching follicular boundary of ovary and provides more accurate information about follicles.
    In the present study, we reconstructed the ultrasonic images and assessed the parameters of true follicles with the quantitative assessment system. In order to verify the accuracy of the systematic reconstruction method, we constructed a phantom model to imitate the ovarian follicles. The final results showed that our implementation could elevate the accuracy rate up to 90%. Thus, our results demonstrate that the proposed automatic algorithm was more efficient in follicular boundary detection compared to the manual one. The multiple reconstructed 3-D model could delineate the number, size and location of ovarian follicles clearly which can provide clinicians alternative tools and useful information for comprehend important ovarian diseases like polycystic ovary syndrome.

    中文摘要…………………………………………………………………….. I 英文摘要……………………………………………………………………..II 誌謝……………………………………………………………………….... IV 目錄…………………………………………………………………….….... V 表目錄…………………………………………………………………….. VIII 圖目錄…………………………………………………………………….....IX 第一章 緒論..………………………………………………………………01 第1-1節 女性生殖系統之簡介……………………………………….03 第1-2節 卵巢的功能與特性……………………………….…………05 第1-2-1節 卵泡功能及臨床特性……………………………….06 第1-2-2節 多囊性卵巢症候群(PCOS) ……………………….08 第1-3節 卵巢功能與生育能力之關係…………………….…………09 第1-3-1節 多囊性卵巢症候群(PCOS)與生育能力………….10 第1-3-2節 輔助生殖技術(ART)應用 ……………………….11 第1-4節 超音波影像之介紹………………………………………….12 第1-5節 文獻回顧………………………………………………….…13 第1-6節 研究動機………………….…………………………………18 第二章 超音波影像的處理及分析...………………………………………19 第2-1節 超音波的成像原理……..……………………………………19 第2-2節 陰道超音波影像之取得……………...……………….……. 22 第2-3節 陰道超音波影像之ROI選取.………………………………. 23 第2-4節 影像強化……………………………………………………. 23 第2-4-1節 雜訊濾除…………………………………………….24 第2-4-2節 影像膨脹與侵蝕…………………………………….25 第2-5節 影像分割……………………………………………………..27 第2-5-1節 梯度運算…………………………………………….27 第2-5-2節 種子聚積成長法(Region growing)………………….27 第2-6節 傅立葉描述子(Fourier Description). ………………………. 32 第2-7節 卵泡影像參數………………………………………………. 35 第三章 實驗架構與方法...…………………………………………………36 第3-1節 實驗架構…………………………………………………….36第3-2節 卵泡序列影像之擷取………………………………………..38第3-3節 自動化卵泡影像邊界搜尋與處理.………………………….39 第3-3-1節 定義序列影像的初始邊界………….……………… 40 第3-3-2節 邊界平滑方程式...…………..……………………… 40 第3-3-3節 自動定義序列影像的初始搜尋點….……………… 41 第3-4節 影像邊界插補點…………………………………………….42 第3-5節 三度空間卵泡重建………………………………………….45 第3-6節 卵泡量化評估……………………………………………….46 第3-6-1節 卵泡各軸徑長之量測……………….……………… 46 第3-6-2節 卵泡截面積計算...…………..……………………… 46 第3-6-3節 卵泡體積計算……………………….……………… 47 第3-7節 卵泡空間定位……………………………………………….48 第四章 結果與討論.…………………………………………………….49 第4-1節 臨床超音波影像處理與分析……………………………….49 第4-2節 影像前處理………………………………………………….50 第4-3節 卵泡影像分割與快速搜尋影像邊界法…………………….52 第4-3-1節 卵泡影像分割……..………..……….……………… 53 第4-3-2節 邊界影像細線化…..………..……….……………… 54 第4-4節 影像對位與卵泡三維重建………………………………….59 第4-5節 多重卵泡空間影像定位…………………………………….64 第4-6節 模擬卵泡假體實驗………………………………………….66 第五章 結論與未來展望…………………………………………………. 74 參考文獻……………….…………………………………………………...76 表目錄 表1-1腹部超音波與陰道超音波之比較……..…………………...……….12 表1-2以母牛卵泡影像重建之結果.…………………………….….……. .14 表1-3卵泡辨識圈選結果.……………………………………….….……. .17 表2-1傅立葉描述子的基本性質…………………….....……….……….. .21 表4-1卵巢與卵泡假體大小、直徑與體積等參數說明…………………..67 表4-2電腦輔助圈選與手動圈選之卵泡假體各個參數結果..………….. .73 圖目錄 圖 1-1 女性生殖系統構造...…….………………………………………....3 圖 1-2 排卵的內分泌作用...…………….……..………….…………….….6 圖 1-3 卵泡各階段生長圖……………………..………….…………….….6 圖 1-4 卵泡於生殖系統成長之示意圖.…….…………….…………….….7 圖 1-5 卵泡超音波影像...……………….……..………….…………….….7 圖 1-6 卵巢示意圖(a)正常卵巢(b)多囊性卵巢症候群之卵巢……….….9 圖 1-7 卵泡之生命週期.....…………….……..………….…………….….10 圖 1-8 PCOS超音波影像...…………….……..………….…………….….11 圖 1-9 人工輔助生殖技術評估流程…………..………….………………11 圖 1-10 卵泡邊界的自動化搜尋.……….……..………….…………….….13 圖 1-11 卵泡邊界座標點與三維重建…………..………….………………14 圖 1-12 三維卵泡影像重建流程….…….……..………….…………….….15 圖 1-13 三維卵泡影像重建示意圖(a)與參數之設定(b)…………………15 圖 1-14 卵泡影像輪廓圈選流程...………....……..………….…………….16 圖 1-15 卵泡影像輪廓圈選(a)電腦輔助圈選 (b)人工圈選...…………….16 圖 1-16 卵泡影像輪廓圈選結果(a)人工圈選 (b)電腦輔助圈選…………17 圖 2-1 超音波A-mode成像原理……………………………………...…...21 圖 2-2 超音波B-mode成像原理...……………….…….…….……………21 圖 2-3 A,B,C模式產生影像的方法………………………………………22 圖 2-4 (a)原始影像(690*4800)、(b)去除成像外之區域超音波影像...……23 圖 2-5 中值濾波器對3x3影像的處理…………………………….………24 圖 2-6 一3×3 遮罩...……………………………………………………….25 圖 2-7 影像侵蝕(Erosion).….……………………………………………...26 圖 2-8 影像膨脹(Dilation)………………………………………………….26 圖 2-9 以差分方式運算灰階變化定義邊...……………………………….28 圖 2-10 種子聚積成長法(Region growing).……………………………….29 圖 2-11 種子聚積成長法範例.…………………………………………….30 圖 2-12 Region growing method 演算法之流程圖..………………………31 圖 2-13 數位邊界及其複數序列的表示法.……………………………….32 圖 2-14 影像長度、面積與體積像素結構表示圖..……………………….35 圖 3-1 換能器…………………………………………….……………36 圖 3-2 實驗系統架構圖.………………………………………….37 圖 3-3 卵泡影像重建流程圖…………………………….…………….38 圖 3-4 卵泡影像之擷取….…………………………………………….39 圖 3-5 二維影像處理流程.........………………………………………….39 圖 3-6 序列影像搜索示圖...…………………………………………….41 圖 3-7 open curve利用cubic spline的曲線擬合…………………………43 圖 3-8 close curve利用periodic cubic spline的曲線擬合……………...44 圖 3-9 卵泡三維模型重建的流程……………………………...............45 圖 3-10 二維與三維影像圖……….…………………………...............48 圖 3-11 多重卵泡三維空間影像定位流程圖……………………..............48 圖 4-1 (a)原始影像(690*480)、(b)卵巢及卵泡影像區域…..………..50 圖 4-2 ROI (420*450)…….………………………………………….....50 圖 4-3 (a)卵巢及卵泡影像區域、(b)影像二值化、(c)中值濾波、(d) 膨脹侵蝕…………………………..……………………………….51 圖 4-4 分別為(a)卵泡影像邊界封閉不完全、(b)經過影像閉合的結果…………………………………………………………………..52 圖 4-5 (a)卵巢及卵泡影像區域(b)以Sobel演算法所得到的邊界.…..53 圖 4-6 (a)卵泡原始影像(b)經種子聚積成長所搜尋的邊界….…..54 圖 4-7 分別以(1)種子聚積成長法、(2)傅立葉描述子步驟之像素分佈圖….….…..….…..….…..….…..….…..….…..…………….…...55 圖 4-8 分別是(a)卵泡原始影像、(b)種子聚積成長法、(c)傅立葉描述子步驟、(d)臨床人員手繪之邊界圈選結果………………56 圖 4-9 分別是區域內卵泡多重圈選(a)以種子聚積成長法、(b)傅立葉描述子步驟、(c)臨床人員手繪之邊界圈選結果…………….…..57 圖 4-10 (a)為將二維影像序列影像(b)三維影像堆疊圖..……….….…..59 圖 4-11 為三維卵泡重建圖…………………………………………….…..60 圖 4-12 為經過線性差補之影像堆疊圖……………………………….…..61 圖 4-13 (a)(b)卵泡三維影像重建結果(c)專業人員手動以3D view軟體重建結果………………………………………………….…..62 圖 4-14 以3D view軟體重建流程果………………………………………63 圖 4-15 多重卵泡三維影像重建結果(a)三位空間視圖(b)X-Y視圖(c) X-Z視圖……….……………………………………….…………64 圖 4-16 切面影像輪廓分析,其中(b)為(a)的切面示意圖………….……...65 圖 4-17 卵巢、卵泡假體圖……………………………………………….67 圖 4-18 整個水槽與量測裝置……….…………………………………......68 圖 4-19 超音波卵泡假體影像……….………….……………………..…..69 圖 4-20 假體切面影像之邊界圈選結果…...................................................70 圖 4-21 分別為(a)影像輪廓堆疊與(b)邊界插補………..……………......70 圖 4-22 分別為假體#1與假體#2的(a)為側視圖(b)為俯視圖…………...71 圖 4-23 排序、插補點與定位於三維座標中………………….……..……72 圖 4-24 影像三維重建與卵泡定位…………………..…………………….72

    [1] Vander, Sherman, and Luciano’s, Human Physiology 9/e, McGrawHill, 2005.
    [2]台灣婦產科醫學會(臺灣婦產科醫學會會訊雜誌第81期) http://www.taog.org.tw/
    [3] J. Hu and X. Hu. “Application of median filter to speckle suppression in intravascular ultrasound images.” Intelligent Information System, pp.302-306, 1994.
    [4] B. Titulaer and S. Kalitzin1. “Computer Assisted Human Follicle Analysis for Fertility Prospects with 3D Ultrasound,” Information Processing in Medical Imaging, vol. 1613, pp. 56–69, 1999.
    [5] B. Potočnik and D. Zazula. “Modelling artificial ultrasound images of ovaries,” Electrotechnical Review, vol. 68, no. 4, pp. 186-191, 2001.
    [6] B. Potocnik and D. Zazula. “Automated computer-assisted detection of follicles in ultrasound images of ovary,” J. medical systems, vol. 21, no. 6, pp. 445-457, 1997.
    [7] B. Potocnik and D. Zazula. “ Automated analysis of a sequence of ovarian ultrasound images. Part I: segmentation of single 2D images,” Image and Vision Computing, vol. 20, no. 3, pp. 217-225, 2002.
    [8] B. Potocnik and D. Zazula. “Automated analysis of a sequence of ovarian ultrasound images. Part II: prediction-based object recognition from a sequence of images,” Image and Vision Computing, vol. 20, no. 3, pp. 227-235, 2002.
    [9] J. Lawrence and G. Eramian. “Computer Assisted Detection of Polycystic Ovary Morphologyin Ultrasound Images,” Fourth Canadian Conference on Computer and Robot Vision. Page(s):105 - 112, 2007
    [10] D. Rallan and C. C. Harland, “Ultrasound in dermatology – basic principles and applications,” Clinical and Experimental Dermatology, vol. 28, pp. 632-638, 2003.
    [11] Rafael C. Gonzalez, Paul Wintz., Digital image processing 2/e, Prentice Hall, 2002.
    [12] R. C. Gonzalez and Richard E. Woods. Digital Image Processing. Addison-Wesley Publishing Company, 1992.
    [13] Atam P. Dhawan. Medical Image Analysis . Published by John Wiley and Sons, Inc, 2003.
    [14] A. Krivanek and M. Sonka. “Ovarian ultrasound image analysis: Follicle segmentation,” IEEE transactions on medical imaging, vol. 17, no. 6, pp. 935-944, 1998.
    [15] C. F. Jiang and M. L. Chen. “ Segmentation of ultrasonic ovarian images by texture features,” In Proceedings of the 20th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, vol. 2, pp. 850-853, 1998.
    [16] G. E. Sarty and R. A. Pierson. “ Semiautomated segmentation of ovarian follicular ultrasound images using a knowledge-based algorithm,” Ultrasound in Medicine and Biology, vol. 24, no. 1, pp. 27-42, 1998.
    [17] B. Potočnik and D. Zazula. “ Construction of Patient Specific Virtual Models of Medical Phenomena,” Informatica, vol. 29, no. 2, pp. 209-218, 2005.
    [18] http://www.doereport.com/generateexhibit.php?ID=8872
    [19] http://biology.clc.uc.edu/courses/bio105/sexual.htm
    [20] http://www.nordica.org/composite-348.htm
    [21] http://academic.pgcc.edu/~aimholtz/AandP/206_ONLINE/
    Repro/femalerepro1.html

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2008-02-02公開
    QR CODE