ارايه يك الگوريتم سريع در استخراج دقيق عروق شبكيه چشم به كمك صافي انطباقي و آستانه‌گذاري مبتني بر آنتروپي فازي

Designing an Accurate and Fast Algorithm to Extract the Retinal Vessels Using Adaptive Filters and Thresholding Based on Entropy Fuzzy

هدف: ارايه يك الگوريتم سريع در استخراج خودكار و دقيق رگ هاي خوني شبكيه به منظور آسان‌سازي تحليل تصاوير آن‌ها و كاهش ميزان خطاي تشخيصي. روش پژوهش: با بهره گيري از صافي انطباقي و آستانه‌گذاري مبتني بر آنتروپي فازي، الگوريتمي كارآمد پيشنهاد شد كه در مقايسه با شيوه‌هاي مشابه، از توانايي بالاتري در جداسازي برخوردار است. داده ها، مجموعه اي از 60 تصوير شبكيه با نمايه افراد بيمار و سالم از دو پايگاه داده STARE و DRIVE شامل 38 مرد و 22 زن با ميانگين سني 1/9±6/47 سال مي باشند. در تصاوير نمايانگر بيماري، وجود بافت آسيب‌ديده، توسط دو پزشك متخصص تاييد شد. در گام نخست، با طراحي صافي Wiener، مات‌شدگي تصاوير دريافتي از دستگاه افتالموسكوپ كه ناشي از لرزش هاي دست حين تصويربرداري است، حذف مي گرديد. با انتقال تصاوير به محيط (Hue-Saturation-Value) HSV و انتخاب ماسك مكان شبكيه، تاثير انعكاسات نوري محيط بر تصوير به حداقل رسيد. استخراج پايه عروق خوني شبكيه چشم با استفاده از صافي انطباقي انجام شد. در نهايت، براي جداسازي عروق اصلي مربوط به شبكيه از ساير بخش‌هاي بافت براساس آنتروپي فازي، آستانه بهينه تعريف گرديد. يافته ها: به كارگيري روش هاي تركيبي در پردازش اوليه تصاوير سبب شد كه مرز ديسك نوري و انعكاسات تابشي افتالموسكوپ در تصوير خروجي ظاهر نشوند و دقت تا حد چشم‌گيري افزايش يافت (08/0±9475/0) و ميانگين متوازن دقت و حساسيت معني‌دار شد (05/0±7426/0). نتيجه گيري: استخراج دقيق عروق خوني چشم، چشم‌پزشك را قادر مي سازد تا مرحله پيش‌رفت بيماري احتمالي را تعيين كند و نحوه درمان متناسب با بيماري را پيشنهاد دهد.

Purpose: To develop a fast algorithm for automatic accurate extraction of blood vessels from retinal images in order to facilitate image analysis and minimize the rate of diagnosis error. Methods: We proposed an efficient algorithm using adaptive filter and thresholding technique which are based on fuzzy entropy. The data included retinal images from 60 index normals and patients (including 38 men and 22 women) obtained from STARE and DRIVE databases. The mean subject age was 47.6±9.1 years. In images from index patients, the presence of abnormal tissue was confirmed by two specialists. Initially, image blurring caused by vibrations during image capturing was eliminated using designed Wiener filter. The impact of optical reflection in each image was minimized through transferring images into the HSV space and selecting the spatial mask for retina. Extraction of retinal blood vessels was done using adaptive filtering. Finally, to separate the main artery of the retina from the rest of the tissues, the optimal threshold was obtained which was defined by the fuzzy entropy technique. Results: By using combined methods in pre-processing step of retinal images, the optic disc border and radiant reflections of ophthalmoscope disappeared in the output image. Therefore, the accuracy (0.9475±0.08) and F-measure (0.7426±0.05) increased significantly. Conclusion: Fast and accurate extraction of blood vessels in the retinal images enables the ophthalmologist to predict disease progression, hence suggesting appropriate treatment modality.