ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ ΑΘ. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΙΑΤΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΤΗΣ ΔΙΑΓΝΩΣΗΣ ΣΤΗ ΓΥΝΑΙΚΟΛΟΓΙΑ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ ΑΘ. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ Αθήνα, 4

2 Στην κόρη μας Λενιώ και στο μωράκι που περιμένουμε

3 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΙΑΤΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΤΗΣ ΔΙΑΓΝΩΣΗΣ ΣΤΗ ΓΥΝΑΙΚΟΛΟΓΙΑ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Αλεξάνδρα Αθ. Βλαχοκώστα Συμβουλευτική Επιτροπή : Επίκουρος Καθηγητής Γεώργιος Ματσόπουλος επιβλέπων Καθηγήτρια Ιωάννα Αναστασοπούλου Καθηγητής Νικόλαος Ουζούνογλου Εγκρίθηκε από την επταμελή εξεταστική επιτροπή την Γ. Ματσόπουλος Ι. Αναστασοπούλου Ν. Ουζούνογλου Επ. Καθηγητής Ε.Μ.Π Καθηγήτρια Ε.Μ.Π Καθηγητής Ε.Μ.Π..... Δ-Δ. Κουτσούρης Α. Κόνδη - Παφίτη Β. Αναστασόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π Καθηγήτρια Ε.Κ.Π.Α. Καθηγητής Παν/μίου Πατρών.. Ε. Βεντούρας Καθηγητής Τ.Ε.Ι Αθηνών

4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Περίληψη Η αυτόματη επεξεργασία εικόνων του ενδομητρίου αποτελεί ένα δύσκολο και πολυδιάστατο πρόβλημα, το οποίο έχει απασχολήσει πλήθος ερευνητών και για το οποίο έχει αναπτυχθεί μεγάλος αριθμός τεχνικών. Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζεται μια μεθοδολογική προσέγγιση, η οποία βασίζεται στη χρήση αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνων, για την αυτόματη εκτίμηση χαρακτηριστικών που περιγράφουν την αγγείωση και την υφή εικόνων του ενδομητρίου. Αφορμή της μελέτης αποτελεί ο ρόλος που διαπιστώνεται ότι διαδραματίζει η μεταβολή των τιμών των εν λόγω χαρακτηριστικών στην έγκαιρη διάγνωση των παθήσεων του ενδομητρίου. Στα πλαίσια της διατριβής, υλοποιήθηκε κατάλληλη μεθοδολογία για τον υπολογισμό ενός συνόλου χαρακτηριστικών τόσο για υστεροσκοπικές εικόνες, όσο και για ιστολογικές εικόνες του ενδομητρίου. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στην προ επεξεργασία των εικόνων προκειμένου να προκύψει βελτίωση της ποιότητας καθώς και ενίσχυση της αντίθεσης αυτών. Στη συνέχεια, ανιχνεύτηκαν τα σημεία που αποτελούν τους κεντρικούς άξονες των υπό εξέταση αγγείων με χρήση διαφορικού λογισμού για τις υστεροσκοπικές εικόνες και υπολογίστηκε ένα σύνολο χαρακτηριστικών μεγεθών που περιγράφουν την αγγείωση και την υφή των εικόνων τόσο για τις υστεροσκοπικές όσο και για τις ιστολογικές εικόνες. Τέλος, εφαρμόστηκαν κατάλληλοι αλγόριθμοι με σκοπό την κατηγοριοποίηση των υστεροσκοπικών και των ιστολογικών εικόνων και συγκεκριμένα τον διαχωρισμό των παθολογικών και των φυσιολογικών εικόνων του ενδομητρίου. Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκε η ROC ανάλυση στην απεικόνιση και ανάλυση της συμπεριφοράς των εν λόγω κατηγοριοποιητών. Λέξεις Κλειδιά Ενδομήτριο, Ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία, Καρκίνος ενδομητρίου, Υστεροσκόπηση, Ιστολογία, Προσαρμοστική εξισορρόπηση με περιορισμένης αντίθεσης ιστόγραμμα, Συνάρτηση Gauss, Κεντρικοί άξονες αγγείων, Χαρακτηριστικά αγγείων, Χαρακτηριστικά υφής, Μέθοδος σειριακής εμπρόσθιας μεταβλητής επιλογής, Νευρωνικά δίκτυα, Μέθοδος ασαφών c μέσων. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

6 ABSTRACT Abstract Automatic analsis of the endometrial images is a difficult and multidimensional problem. For this reason, the number of papers and techniques regarding this issue is numerous. In this Thesis, a methodolog is presented, based on advance image processing techniques in order to automaticall estimate teture and vessel s features in endometrial images. Motivation for the Thesis is the fact that the variation of the measurements of the specific features plas significant role in the seasonable diagnosis of endometrial disorders. Throughout this Thesis, an appropriate methodolog is developed in order to estimate the features for the hsteroscopical and histological images of the endometrium. An important step is the pre processing of the images in order to enhance the image qualit and the image contrast. Then, the piels that constitute the centerlines of vessels are detected b using differential calculus for the hsteroscopical images, onl. Furthermore, the teture and vessel s features in hsteroscopical and histological images are estimated. Finall, appropriate algorithms are applied in order to classif the hsteroscopical and histological images and distinguish pathological and normal endometrial images. ROC analsis is used in order to evaluate the discrimination power of the features that were estimated. Ke Words Endometrium, Abnormal uterine bleeding, Endometrial cancer, Hsteroscop, Histolog, Contrast limited adaptive histogram equalization, Gauss function, Vessel s centerlines, Vessel s features, Teture features, Sequential Forward Floating Selection, Neural networks, Fuzz C Means. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

7

8 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ευχαριστίες Πρώτα από όλους, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα της διδακτορικής μου διατριβής Επίκουρο Καθηγητή Ε.Μ.Π. κ. Γιώργο Ματσόπουλο καθώς και τον Επίκουρο Καθηγητή του Τ.Ε.Ι. Αθηνών Δρ. Παντελεήμονα Ασβεστά για την πολύτιμη και συνεχή βοήθεια που μου προσέφεραν σε όλη τη διάρκεια των χρόνων της διδακτορικής διατριβής. Οι γνώσεις και οι συμβουλές τους υπήρξαν πολύτιμες και καθοριστικές τόσο για την επιστημονική όσο και για την επαγγελματική πορεία μου. Ένα μεγάλο ευχαριστώ για την ουσιώδη καθοδήγηση τους, τις εύστοχες υποδείξεις και την υπομονή τους. Στη συνέχεια, θα ήθελα να ευχαριστήσω την Καθηγήτρια Ε.Μ.Π κα. Ιωάννα Ανασταστοπούλου και τον Καθηγητή Ε.Μ.Π κ. Νικόλαο Ουζούνογλου για τις συμβουλές τους κατά την εκπόνηση της διδακτορικής διατριβής. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλω στην Καθηγήτρια Ε.Κ.Π.Α. κα. Αγάθη Κόνδη Παφίτη, στον Αναπληρωτή Καθηγητή Ε.Κ.Π.Α. κ. Νικόλαο Βλάχο, στον Καθηγητή του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων κ. Μηνά Πασχόπουλο και στη γυναικολόγο Φανή Γκρόζου για τις ιατρικές γνώσεις που μου προσέφεραν, την καθοδήγηση και τη διαρκή διαθεσιμότητα τους κατά την εκπόνηση της διατριβής. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω τους Καθηγητές κ. Δημήτριο Κουτσούρη, κ. Βασίλειο Αναστασόπουλο και κ. Ερρίκο Βεντούρα, για την τιμή που μου έκαναν να είναι μέλη της επταμελούς εξεταστικής επιτροπής μου. Ιδιαίτερο ρόλο σε όλη την προσπάθεια διαδραμάτισαν οι φίλες μου στο εργαστήριο κα. Βίλλυ Μαρκάκη και κα. Νατάσα Ουζούνογλου που και μόνο η παρουσία τους έκανε κάθε στιγμή πολύ ευχάριστη. Τέλος, το πιο μεγάλο ευχαριστώ ανήκει στα μέλη της οικογένειας μου στα οποία και αφιερώνεται η παρούσα διατριβή. Ευχαριστώ μέσα από την καρδιά μου τον συζυγό μου Βασίλη που κατέχει ξεχωριστή θέση σε όλη τη διάρκεια των χρόνων της διδακτορικής διατριβής. Η υποστήριξη του υπήρξε ακατάπαυστη και η συνεισφορά τόσο σημαντική αφού στάθηκε δίπλα μου δυνατός και μοιραστήκαμε τόσο τις ευχάριστες όσο και τις πιο δύσκολες στιγμές. Τον ευχαριστώ που με το χαμογελό του στήριζε τα όνειρα μας και ενθάρρυνε δείχνοντας μου εμπιστοσύνη κάθε μου στόχο. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

9 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ευχαριστώ τους πολυαγαπημένους μου γονείς Θανάση και Δήμητρα, και Παναγιώτη και Ελένη, και τις αδερφούλες μου Χαρίκλεια, Ευθυμία, Μυρτώ και Δάφνη που όλα αυτά τα χρόνια με την αγάπη τους στάθηκαν στο πλευρό μου υποστηρίζοντας και ενθαρρύνοντας κάθε μου προσπάθεια. Είναι πρότυπα για τη ζωή μου και τους οφείλω ευγνωμοσύνη και ένα μεγάλο ευχαριστώ μέσα από την καρδιά μου για όλα όσα έχουν κάνει για μένα. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

10 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ.... Σκοπός Διδακτορικής Διατριβής.... Διάρθρωση Διδακτορικής Διατριβής... ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ Εισαγωγή Ανατομία του γυναικείου γεννητικού συστήματος Εσωτερικά γεννητικά όργανα Ωοθήκες Μήτρα Τράχηλος Ωαγωγοί Κόλπος..... Εξωτερικά γεννητικά όργανα Μεγάλα χείλη Μικρά χείλη Κλειτορίδα Γυναικείοι αδένες....3 Μορφολογία του ενδομητρίου Ανάπτυξη του ενδομητρίου Ορμονικές επιδράσεις Κυκλικές μεταβολές του ενδομητρίου Φυσιολογικό ενδομήτριο Παθολογίες ενδομητρίου Ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία Καρκίνος του ενδομητρίου Βιβλιογραφια ου Κεφαλαίου ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Εισαγωγή Βιβλιογραφική επισκόπηση Υστεροσκοπικά Δεδομένα Υστεροσκόπηση Εξοπλισμός υστεροσκόπησης Συλλογή υστεροσκοπικών εικόνων ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 3.4 Προ επεξεργασία υστεροσκοπικών δεδομένων Εύρεση κεντρικών αξόνων αγγείων Υπολογισμός χαρακτηριστικών μεγεθών Χαρακτηριστικά της αγγειακής δομής Χαρακτηριστικά υφής Βιβλιογραφία 3 ου Κεφαλαίου ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Εισαγωγή Βιβλιογραφική επισκόπηση Ιστολογικά Δεδομένα Απόξεση και βιοψία ενδομητρίου Παθολογοανατομικά δεδομένα Προγνωστικοί παράγοντες Ιστολογία ενδομητρίου Συλλογή ιστολογικών εικόνων Προ - επεξεργασία ιστολογικών δεδομένων Υπολογισμός χαρακτηριστικών μεγεθών υφής Χαρακτηριστικά από μετασχηματισμούς κυματιδίων Χαρακτηριστικά από μετασχηματισμούς Gabor Χαρακτηριστικά ενέργειας υφής...4 Βιβλιογραφια 4 ου Κεφαλαίου ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Εισαγωγή Επιλογή καλύτερων χαρακτηριστικών Κατηγοριοποιητές Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα Αλγόριθμος ασαφών c μέσων Στατιστική ανάλυση μετρήσεων Ανάλυση ROC...34 Βιβλιογραφία 5 ου Κεφαλαίου ΑΠΟΤΕΛΕΜΑΤΑ Εισαγωγή Αποτελέσματα υστεροσκοπικών δεδομένων...4 ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

12 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 6.. Υστεροσκοπικά δεδομένα Υπολογισμός και επιλογή χαρακτηριστικών μεγεθών Κατηγοριοποίηση με τη μέθοδο ασαφών c μέσων Κατηγοριοποίηση με Νευρωνικά Δίκτυα Στατιστική Ανάλυση Ανάλυση με ROC γραφήματα Αποτελέσματα ιστολογικών δεδομένων Ιστολογικά Δεδομένα Υπολογισμός και επιλογή χαρακτηριστικών μεγεθών Κατηγοριοποίηση με Νευρωνικά Δίκτυα Στατιστική Ανάλυση Ανάλυση με ROC γραφήματα ΤΕΛΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ & ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΕΚΤΑΣΕΙΣ Τελικά Συμπεράσματα Μελλοντικές Επεκτάσεις...67 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α...68 Μέθοδος του Powell...69 Μέθοδος Downhill Simple...7 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β...74 ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

13 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ Ευρετήριο Εικόνων Εικόνα.. Γυναικεία γεννητικά όργανα Εικόνα.. Ωοθήκες Εικόνα.3. Πρωτογενές ωοθυλάκιο... 9 Εικόνα.4. Δευτερογενή ωοθυλάκια.... Εικόνα.5. Ώριμο ωοθυλάκιο.... Εικόνα.6. Μήτρα.... Εικόνα.7. Γυναικεία εσωτερικά γεννητικά όργανα που παρουσιάζουν τη στήριξη της μήτρας Εικόνα.8. Τράχηλος Εικόνα.9. Ωαγωγοί.... Εικόνα.. Κόλπος.... Εικόνα 3.. Υστεροσκοπικός πύργος Εικόνα 3.. Υστεροσκόπιο «Bettocchi», Κarl Storz Εικόνα 3.3. Υστεροσκοπικές εικόνες ασθενών με α ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία, β καρκίνο του ενδομητρίου Εικόνα 3.4. Υστεροσκοπική εικόνα υγιούς γυναίκας Εικόνα 3.5. Υστεροσκοπική εικόνα ενδομητρίου α αρχική εικόνα υστεροσκοπίου, β μετά τη μετατροπή της στο επίπεδο του γκρίζου Εικόνα 3.6. Υστεροσκοπική εικόνα ενδομητρίου μετά την προ επεξεργασία για ενίσχυση της αντίθεσης Εικόνα 3.7. Σύνδεση των δύο συστημάτων σε σειρά Εικόνα 3.8. Γραφική αναπαράσταση του μετασχηματισμού-z του φίλτρου Hz Εικόνα 3.9. α Αρχική υστεροσκοπική εικόνα, β Αναγνώριση των κεντρικών αξόνων των αγγείων. γ Υπέρθεση των κεντρικών αξόνων των αγγείων στην αρχική υστεροσκοπική εικόνα Εικόνα 3.. α Προφίλ αγγείων τύπου Ι. β Προφίλ αγγείων τύπου ΙΙ Εικόνα 3.. α Μοντέλο αγγείου τύπου Ι. β Μοντέλο αγγείου τύπου ΙΙ Εικόνα 3.. Γραφική παράσταση της δευτέρας παραγώγου της συνάρτησης για αγγεία τύπου Ι ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

14 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 3.3. Γραφική παράσταση της δευτέρας παραγώγου της συνάρτησης για αγγεία τύπου ΙΙ Εικόνα 3.4. Εύρεση των διαμέτρων α σε ένα σημείο αγγείου μιας εικόνας, β σε όλα τα αγγεία μια εικόνας Εικόνα 4.. Μικροσκόπιο CX3, Olmpus....5 Εικόνα 4.. Ιστολογική εικόνα με καρκίνο ενδομητρίου....5 Εικόνα 4.3. Φυσιολογική ιστολογική εικόνα....6 Εικόνα 6.. ROC καμπύλες για τους ασθενείς με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία και των ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση....5 Εικόνα 6.. ROC καμπύλες για τους ασθενείς με καρκίνο του ενδομητρίου και των ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση....5 Εικόνα 6.3. ROC καμπύλες για τους ασθενείς με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία και καρκίνο του ενδομητρίου, σε σχέση με τα άτομα χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση...53 Εικόνα 6.4. ROC καμπύλες για τους ασθενείς με καρκίνο του ενδομητρίου και των ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση για την κύρτωση με χρήση των μασκών του Law για την εικόνα...6 Εικόνα 6.5. ROC καμπύλες για τους ασθενείς με καρκίνο του ενδομητρίου και των ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση για τη μέση τιμή με χρήση φίλτρων Gabor για τη διεύθυνση 3 και συχνότητα...6 Εικόνα 6.6. ROC καμπύλες για τους ασθενείς με καρκίνο του ενδομητρίου και των ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση για την οριζόντια ζώνη συχνοτήτων του διακριτού μετασχηματισμού κυματιδίου DWT 5ου επιπέδου, εφαρμόζοντας το φίλτρο db Εικόνα 6.7. ROC καμπύλες για τους ασθενείς με καρκίνο του ενδομητρίου και των ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση για την κάθετη ζώνη συχνοτήτων του διακριτού μετασχηματισμού κυματιδίου DWT 3ου επιπέδου, εφαρμόζοντας το φίλτρο db ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Σκοπός Διδακτορικής Διατριβής Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη κατάλληλης μεθοδολογίας και αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας εικόνων για την αυτόματη εκτίμηση χαρακτηριστικών που περιγράφουν την αγγείωση και την υφή των εικόνων του ενδομητρίου. Αφορμή της μελέτης αποτελεί η συσχέτιση των μεταβολών των τιμών των εν λόγω χαρακτηριστικών με τη διάγνωση συγκεκριμένων παθήσεων του ενδομητρίου. Παρόλα αυτά, η επεξεργασία των εικόνων του ενδομητρίου που χρησιμοποιούνται, τόσο των υστεροσκοπικών όσο και των ιστολογικών, αποτελεί ένα δύσκολο και πολύπλοκο πρόβλημα. Ο λόγος έγκειται στο γεγονός ότι οι εικόνες χρειάζονται βελτίωση της ποιότητας καθώς και ενίσχυση της αντίθεσης αυτών. Για αυτόν το λόγο, στην παρούσα διατριβή δίνεται βαρύτητα πρωταρχικά στη βελτίωση της ποιότητας των εικόνων και κατόπιν στην ανάπτυξη των μεθόδων για την αυτόματη εκτίμηση των χαρακτηριστικών αυτών. Αναφέρεται ότι η σημαντικότητα της βελτίωσης των εικόνων του ενδομητρίου αποδεικνύεται και από τον μεγάλο αριθμό εργασιών και ερευνών που έχουν πραγματοποιηθεί τα τελευταία χρόνια σχετικά με το συγκεκριμένο θέμα.. Διάρθρωση Διδακτορικής Διατριβής Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει διαρθρωθεί σε 7 κεφάλαια και τα οποία είναι τα ακόλουθα: ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το Κεφάλαιο αποτελεί εισαγωγικό που αναφέρει το σκοπό της διδακτορικής διατριβής καθώς και τη διάρθρωση αυτής. Το Κεφάλαιο παρουσιάζει την ανατομία του γυναικείου γεννητικού συστήματος καθώς και τη μορφολογία του ενδομητρίου. Επιπλέον, πραγματοποιείται εκτενής αναφορά σε νεοπλασίες της συγκεκριμένης ανατομικής περιοχής καθώς και στα χαρακτηριστικά που περιγράφουν το υγιές φυσιολογικό ενδομήτριο. Το Κεφάλαιο 3 παρουσιάζει βιβλιογραφική αναφορά σε μεθόδους που έχουν επεξεργαστεί υστεροσκοπικά δεδομένα και κατόπιν παρουσιάζει αναλυτικά τη μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την επεξεργασία των υστεροσκοπικών εικόνων ενδομητρίου. Το Κεφάλαιο 4 παρουσιάζει βιβλιογραφική αναφορά σε μεθόδους που έχουν επεξεργαστεί ιστολογικά δεδομένα και στη συνέχεια αναλυτικά τη μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την επεξεργασία των ιστολογικών εικόνων που ελήφθησαν με την απόξεση του ενδομητρίου. Το Κεφάλαιο 5 παρουσιάζει τις μεθόδους που έχουν χρησιμοποιηθεί για την κατηγοριοποίηση τόσο των υστεροσκοπικών όσο και των ιστολογικών εικόνων. Η κατηγοριοποίηση που πραγματοποιείται διαχωρίζει τις παθολογικές εικόνες και συγκεκριμένα τις εικόνες με ανώμαλη δυσλειτουργική αιμορραγία και καρκίνο του ενδομητρίου, από τις εικόνες που δεν παρουσιάζουν κάποια παθολογία, δηλαδή τις φυσιολογικές εικόνες του ενδομητρίου. Το Κεφάλαιο 6 παρουσιάζει τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή των αλγορίθμων που αναλύσαμε προηγουμένως, τόσο για τα υστεροσκοπικά όσο και για τα ιστολογικά δεδομένα. Αναλυτικά, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την εφαρμογή των νευρωνικών δικτύων και της μεθόδου ασαφών c μέσων Fuzz C Means για τα υστεροσκοπικά και τα ιστολογικά δεδομένα και κατόπιν οι καμπύλες ROC και η στατιστική ανάλυση για τα υστεροσκοπικά δεδομένα. Το Κεφάλαιο 7 παρουσιάζει μια ανακεφαλαίωση των συμπερασμάτων από την εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας που εφαρμόστηκε στη συγκεκριμένη διατριβή καθώς και τις μελλοντικές επεκτάσεις. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το Παράρτημα Α παρουσιάζει αναλυτικά τη μέθοδο του Powell και τη μέθοδο Downhill Simple. Το Παράρτημα Β παρουσιάζει όλους τους πίνακες με τα αποτελέσματα που έχουν εξαχθεί από την εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας για την αυτόματη εκτίμηση των χαρακτηριστικών που περιγράφουν την αγγείωση και την υφή των εικόνων του ενδομητρίου. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ. Εισαγωγή Ο καρκίνος του ενδομητρίου είναι ένας από τους συνηθέστερους καρκίνους του γυναικείου γενετικού συστήματος. Προσβάλλει κυρίως μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες και η συχνότητα εμφάνισης αυξάνει με την ηλικία. Στους παράγοντες κινδύνου περιλαμβάνονται η παχυσαρκία, η θεραπεία ορμονικής υποκατάστασης, ο διαβήτης, η υπέρταση, καθώς και οι διαταραχές του έμμηνου κύκλου πριν την εμμηνόπαυση και την καθυστερημένη εμμηνόπαυση. Ο εν λόγω καρκίνος έχει καλή πρόγνωση ίασης λόγω της πρώϊμης εκδήλωσης συμπτωμάτων. Η νόσος εκδηλώνεται συνήθως ως κολπική αιμορραγία περί ή μετά την εμμηνόπαυση και η υστεροσκόπηση καθώς και το ενδοκολπικό υπερηχογράφημα βοηθούν σημαντικά στην πρώϊμη διάγνωση του καρκίνου του ενδομητρίου.. Ανατομία του γυναικείου γεννητικού συστήματος Το γυναικείο γενετικό σύστημα αποτελείται από τα ακόλουθα όργανα: α Δύο ωοθήκες, οι οποίες αποτελούν τους γεννητικούς αδένες της γυναίκας. Αποτελούν μεικτούς αδένες και παράγουν τα ωάρια καθώς και πολύ σπουδαίες ορμόνες, όπως η θυλακίνη και η ωχρίνη. β Δύο σάλπιγγες ή ωαγωγούς, κάθε μια από τις οποίες με το ένα άκρο της περιβάλλει τη σύστοιχη ωοθήκη, ενώ με το άλλο εκβάλλει στη μήτρα. Οι ωαγωγοί αποτελούν μυώδεις σωλήνες και χρησιμεύουν στη μεταφορά των ωαρίων στη μήτρα. Μέσα στις σάλπιγγες πραγματοποιείται η γονιμοποίηση των ωαρίων. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ γ Τη μήτρα, η οποία αποτελεί κοίλο μυώδες όργανο και χρησιμεύει για την κύηση, τον τοκετό και την έμμηνη ρύση. δ Τον κόλπο, ο οποίος προς τα άνω επικοινωνεί με τον τράχηλο της μήτρας, ενώ με το κάτω άκρο του εκβάλλει στο αιδοίο. ε Το αιδοίο, το οποίο αποτελείται από την κλειτορίδα, τα μεγάλα και μικρά χείλη, καθώς και από τους αδένες του προδόμου. Τα γεννητικά όργανα διακρίνονται σε έσω και έξω. Τα έσω γεννητικά όργανα βρίσκονται μέσα στην πύελο και αποτελούνται από τις ωοθήκες, τους ωαγωγούς, τη μήτρα και τον κόλπο. Τα έξω γεννητικά όργανα βρίσκονται έξω από την πύελο και αποτελούνται από το αιδοίο. Ο παρθενικός υμένας αποτελεί το όριο ανάμεσα στα έσω και τα έξω γεννητικά όργανα. Εικόνα.. Γυναικεία γεννητικά όργανα [act-in-idios.blogspot.gr]... Εσωτερικά γεννητικά όργανα Τα εσωτερικά γεννητικά όργανα της γυναίκας είναι τα ακόλουθα:... Ωοθήκες Eίναι μεικτοί αδένες, οι οποίοι παράγουν τα ωάρια, δηλαδή τα γεννητικά κύτταρα της γυναίκας, καθώς και πολύ σπουδαίες ορμόνες. Το μήκος κάθε ωοθήκης ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ ανέρχεται σε 3 4 cm, το πλάτος σε cm και το βάρος σε 6 g. Οι ωοθήκες διαπλάσσονται αρχικά δεξιά και αριστερά της οσφυϊκής μοίρας της σπονδυλικής στήλης. Κατέρχονται από τον 3 ο εμβρυϊκό μήνα προς τη μικρή πύελο, όπου με την εμφάνιση της ήβης, καταλαμβάνουν τη μόνιμη τους θέση. Αυτό σημαίνει ότι μετά το 5 ο έτος της ηλικίας, κάθε ωοθήκη βρίσκεται στο πλάγιο τοίχωμα της μικρής πυέλου, αντίστοιχα προς τον έσω θυρεοειδή μυ, σε κόλπωμα του περιτοναίου, που ονομάζεται ωοθυκικός βόθρος. Αναφέρεται ότι ο ωοθυκικός βόθρος αντιστοιχεί στο ύψος της πρόσθιας άνω λαγόνιας άκανθας και αφορίζεται από τη μητριαία αρτηρία και τον ουρητήρα. Στην εν λόγω θέση, κρέμεται η ωοθήκη από το οπίσθιο πέταλο του πλατέος συνδέσμου με ιδιαίτερη περιτοναϊκή πτυχή, το μεσοωοθήκιο. Η φυσιολογική της θέση στον ωοθυκικό βόθρο δεν είναι σταθερή, αλλά μεταβάλλεται κατά την κύηση ανάλογα με τις μεταβολές της θέσης της μήτρας, λόγω της ανατομικής σύνδεσης της ωοθήκης με τον πλατύ σύνδεσμο και τη μήτρα. Το χρώμα των ωοθηκών είναι ερυθρόφαιο και σε κάθε ωοθήκη που έχει σχήμα ελλειψοειδές από τα πλάγια, διακρίνονται δύο χείλη, το πρόσθιο και το οπίσθιο, δύο άκρα, το άνω και το κάτω και δύο επιφάνειες, η έσω και η έξω. Το πρόσθιο χείλος της ωοθήκης έρχεται σε σχέση με τη λήκυθο του ωαγωγού και από αυτό εισέρχονται τα αγγεία και τα νεύρα της ωοθήκης. Κατά μήκος του χείλους, προσφύεται το μεσοωοθήκιο, με το οποίο η ωοθήκη συνδέεται με τον πλατύ σύνδεσμο. Στη θέση της πρόσφυσης του μεσοωοθυκίου στην ωοθήκη διαγράφεται μια λευκή γραμμή, η οποία παράγεται από τη μετάπτωση του πλακώδους επιθηλίου του περιτοναίου στο βλαστικό κυβοειδές επιθήλιο της επιφάνειας της ωοθήκης. Το οπίσθιο χείλος έρχεται σε σχέση με τον κώδωνα του ωαγωγού, τον ουρητήρα και τη μητριαία αρτηρία. Από τα άκρα της ωοθήκης, στο άνω, το οποίο βρίσκεται κοντά στο άνω στόμιο της μικρής πυέλου, προσφύεται ο κρεμαστήρας σύνδεσμος της ωοθήκης και στο κάτω άκρο, το οποίο απέχει cm από το πυελικό έδαφος, προσφύεται ο ίδιος σύνδεσμος της ωοθήκης. Η έξω επιφάνεια της ωοθήκης έρχεται σε άμεση σχέση με το περιτόναιο του πυθμένα του ωοθυκικού βόθρου και έμμεσα με τα καλυπτόμενα από το περιτόναιο μόρια, δηλαδή τον έσω θυρεοειδή μυ, τα θυρεοειδή αγγεία και το θυρεοειδές νεύρο. Η έσω επιφάνεια της ωοθήκης καλύπτεται από τον κώδωνα του ωαγωγού και από το μεσοσαλπίγγιο, το οποίο μετατρέπει τον ωοθυκικό βόθρο σε θυλάκιο, το ωοθυκικό θυλάκιο. Με αυτό τον τρόπο, λόγω της άμεσης σχέσης της ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 6

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ ωοθήκης με τον ωαγωγό, επιτυγχάνεται η είσοδος των ωαρίων στο έξω στόμιο του ωαγωγού. Το μεσοωοθήκιο, ο κρεμαστήρας σύνδεσμος και ο μητροωοθυκικός σύνδεσμος της ωοθήκης συμβάλλουν για τη στήριξη της ωοθήκης. Το μεσοωοθήκιο αποτελεί πτυχή του περιτοναίου, η οποία αρχίζει από το οπίσθιο πέταλο του πλατέος συνδέσμου και συνάπτεται με το πρόσθιο χείλος της ωοθήκης. Με το μεσοωθήκιο ο πλατύς σύνδεσμος διαιρείται σε δύο μυς, τον άνω ή αλλιώς μεσοσαλπίγγιο και τον κάτω ή αλλιώς μεσομήτριο. Ο κρεμαστήρας σύνδεσμος αποτελείται από συνδετικό ιστό και λείες μυϊκές ίνες και περικλείει τα ωοθυκικά αγγεία και το ομώνυμο νεύρο. Αρχίζει από τη λαγόνια περιτονία και προσφύεται στο άνω άκρο της ωοθήκης. Παράλληλα, ο μητροωοθυκικός σύνδεσμος της ωοθήκης αποτελεί υπόλειμμα του γεννητικοβουβωνικού συνδέσμου του εμβρύου. Αποτελείται από συνδετικό ιστό, λείες μυϊκές ίνες και αγγεία. Ο εν λόγω σύνδεσμος εκφύεται από την πλάγια γωνία του πυθμένα της μήτρας και φέρεται κάτω από το οπίσθιο πέταλο του πλατέος συνδέσμου. Καταφύεται στο κάτω άκρο και το πρόσθιο χείλος της ωοθήκης. Επιπλέον, όσον αφορά στην κατασκευή των ωοθηκών, η ωοθήκη αποτελείται προς τα έξω από βλαστικό επιθήλιο και προς τα έσω από συνδετικό στρώμα. Μέσα στο στρώμα της ωοθήκης προς τα έσω από το βλαστικό επιθήλιο βρίσκεται η φλοιώδης μοίρα και γύρω από τις πύλες της ωοθήκης βρίσκεται η μυελώδης μοίρα, όπως παρουσιάζεται στην Εικόνα. [,, 3]. Εικόνα.. Ωοθήκες [ ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 7

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ Το αρχέγονο περιτόναιο της ωοθήκης αποτελεί το βλαστικό επιθήλιο και το οποίο κατάγεται από το επιθήλιο του σπλαγχνικού τοιχώματος του εμβρύου. Κάτω από το βλαστικό επιθήλιο βρίσκεται λεπτή στιβάδα από δεσμίδες συνδετικού ιστού που λέγεται ινώδης χιτώνας και ο οποίος παρεμβάλλεται ανάμεσα στο βλαστικό επιθήλιο και στη φλοιώδη ουσία. Η φλοιώδης μοίρα ή παρεγχυματώδης ζώνη της ωοθήκης αποτελεί το βασικό μέρος της ωοθήκης. Μέσα στο συνδετικό στρώμα της βρίσκονται τα ωοθυλάκια, που στο κάθε ένα αναπτύσσεται το ωάριο, που στη συνέχεια μεταβάλλεται σε ωχρό σωμάτιο. Επιπλέον, η μυελώδης μοίρα της ωοθήκης είναι μαλακή και σπογγώδης. Αποτελείται από συνδετικό στρώμα με τα αγγεία και τα νεύρα της ωοθήκης, τα οποία εισέρχονται από τις πύλες και από τα επιθηλιακά υπολείμματα της καταβολής της ωοθήκης, τις μυελώδεις δοκίδες. Το συνδετικό στρώμα της ωοθήκης αποτελείται από συνδετικό ιστό και από ατρακτοειδή κύτταρα. Στο εν λόγω στρώμα βρίσκονται τα διάμεσα κύτταρα και τα οποία είναι διατεταγμένα σε σωρούς και δοκίδες. Τα ωοθυλάκια, των οποίων το μέγεθος ποικίλλει ανάλογα με τον βαθμό ωρίμανσης, βρίσκονται μέσα στη φλοιώδη ουσία και διακρίνονται σε πρωτογενή, δευτερογενή και ώριμα. Τα πρωτογενή ωοθυλάκια σχηματίζονται κατά την εμβρυϊκή ηλικία και βρίσκονται κάτω από το βλαστικό επιθήλιο. Το πλήθος των ωοθυλάκων στο νεογνό ανέρχεται περίπου σε 4.. Από αυτά, με την πάροδο της ηλικίας, τα περισσότερα καταστρέφονται έτσι ώστε συνολικά κατά τη γενετήσια ζωή της γυναίκας, περίπου τα 35 έτη, ωριμάζουν αφού μετατραπούν σε δευτερογενή και κατόπιν σε ώριμα ωοθυλάκια. Τα πρωτογενή ωοθυλάκια έχουν σφαιρικό σχήμα και αποτελούνται από ένα ωογόνιο, γύρω από το οποίο βρίσκεται ένας τοίχος αποπλατυσμένων επιθηλιακών κυττάρων [4, 5]. Όπως παρουσιάζεται στην Εικόνα.3, στα πρωτογενή ωοθυλάκια τα κοκκιώδη κύτταρα Κ έχουν διαιρεθεί και σχηματίζουν ένα χιτώνα πάχους 3 5 κυττάρων. Η διαφανής ζώνη ΔΖ είναι εμφανής ανάμεσα στο ωοκύτταρο και στα κοκκιώδη κύτταρα. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 8

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ Εικόνα.3. Πρωτογενές ωοθυλάκιο [panacea.med.uoa.gr]. Τα δευτερογενή ωοθυλάκια διαφέρουν σε σχέση με τα πρωτογενή στον όγκο και στο ότι βρίσκονται πιο βαθιά στη φλοιώδη ουσία. Αναλυτικά, το ωάριο που βρίσκεται μέσα στα δευτερογενή ωοθυλάκια έχει εισέλθει πλέον στην περίοδο της αύξησης και για αυτόν το λόγο γίνεται πιο ογκώδες. Επιπλέον, το επιθήλιο γίνεται πολύστιβο και από το γύρω συνδετικό ιστό διαμορφώνεται η θήκη του ωοθυλακίου. Τα δευτερογενή ωοθυλάκια αποτελούνται από τη θήκη του ωοθυλακίου που περιβάλλει το ωοθυλάκιο και αποτελείται από συνδετικό ιστό, και από το επιθήλιο του ωοθυλακίου που βρίσκεται μέσα από τη θήκη και χωρίζεται από αυτή με λεπτό βασικό υμένα. Όπως παρουσιάζεται στην Εικόνα.4, στα δευτερογενή ωοθυλάκια, τα κοκκιώδη κύτταρα Κ συνεχίζουν να πολλαπλασιάζονται όπου μεταξύ αυτών σχηματίζεται μια κοιλότητα γεμάτη υγρό, το άντρο Α και τα στρωματικά κύτταρα γύρω από την ωοθήκη σχηματίζουν μια εσωτερική στιβάδα από στρογγυλά κύτταρα ΕσΘ, έσω θήκη και μια εξωτερική στιβάδα με μικρότερα ατρακτοειδή κύτταρα ΕξΘ, έξω θήκη. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 9

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ Εικόνα.4. Δευτερογενή ωοθυλάκια [panacea.med.uoa.gr]. Με την πάροδο της εξέλιξης του δευτερογενούς ωοθυλακίου, το εν λόγω επιθήλιο γίνεται πολύστιβο και περιβάλλει το ωάριο, από το οποίο χωρίζεται με ένα διαυγές υμένιο, τη διαφανή ζώνη. Κατά την εξέλιξη του ωοθυλακίου, το πολύστιβο επιθήλιο αρχίζει κατά θέσεις να διαλύεται. Με αυτόν τον τρόπο, σχηματίζονται χώροι διαφόρων σχημάτων που γεμίζουν υγρό. Η ένωση αυτών των χώρων διαμορφώνει μια συνεχή κοιλότητα, το άντρο του ωοθυλακίου. Τελικά, το ωοθυλάκιο διαμορφώνεται σε κυστοειδές σωμάτιο, το ώριμο ωοθυλάκιο ή αλλιώς ωοθυλάκιο του Graaf. Κάθε ώριμο ωοθυλάκιο καταλαμβάνει το μεγαλύτερο από το πάχος της φλοιώδους ουσίας της ωοθήκης και αποτελείται από τα έξω προς τα έσω: α από τη θήκη, β από το επιθήλιο του ωοθυλακίου ή κοκκώδη υμένα, γ από το ωάριο που βρίσκεται σε κάποια θέση του κοκκώδους υμένα και δ από το άντρο του ωοθυλακίου, το οποίο περιέχει το ωοθυλακικό υγρό. Στην Εικόνα.5 παρουσιάζεται ένα ώριμο τριτογενές ωοθυλάκιο. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ Εικόνα.5. Ώριμο ωοθυλάκιο [panacea.med.uoa.gr].... Μήτρα Η μήτρα αποτελεί κοίλο μυώδες όργανο με παχιά τοιχώματα και προέρχεται από τη συνένωση δύο πόρων του Müller []. Έχει μήκος περίπου 8 cm, πλάτος 4 cm και βάρος 45 6 g Εικόνα.6. Έχει πάχος mm και αποτελείται από τρεις χιτώνες, τον ορογόνο περιμήτριο, το μυϊκό μυομήτριο και το βλεννογόνο ενδομήτριο. Περιέχει πλήθος αγγείων και νεύρων που πορεύονται ανάμεσα στους χιτώνες του τοιχώματος της. Ο ορογόνος χιτώνας περιμήτριο αποτελεί τη συνέχεια του περιτοναίου. Συνδέεται στενά με τον υποκείμενο μυϊκό χιτώνα εκτός από το υπερκολεϊκό μέρος του τραχήλου της μήτρας κατά την οπίσθια επιφάνεια της όπου συνδέεται χαλαρά. Τα πλάγια χείλη της μήτρας και η πρόσθια επιφάνεια του υπερκολεϊκού μέρους του τραχήλου της παραμένουν ακάλυπτα από τον ορογόνο χιτώνα. Ο μυϊκός χιτώνας μυομήτριο αποτελείται από δεσμίδες μυϊκών ινών, που είναι διατεταγμένες σε τρεις στιβάδες, την έσω, τη μέση και την έξω, οι οποίες δε διαχωρίζονται με σαφή τρόπο μεταξύ τους. Η έσω και η μέση στιβάδα αποτελούνται από λοξές, εγκάρσιες και στο βάθος από μερικές επιμήκεις ίνες, που επεκτείνονται και στο χώρο ανάμεσα στους αδένες της μήτρας. Τα αγγεία που πορεύονται ανάμεσα στις στιβάδες διακλαδίζονται κυρίως στη μέση στιβάδα, που είναι παχύτερη από τις άλλες στιβάδες και περιέχει τα μεγάλα αγγειακά στελέχη της μήτρας, δηλαδή την αγγειώδη στιβάδα. Παράλληλα, η έξω στιβάδα αποτελείται από επιμήκεις και εγκάρσιες ίνες που επεκτείνονται στον ωαγωγό, στους στρογγυλούς και πλατείς ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ συνδέσμους της μήτρας, καθώς και στον μητροωθηκικό σύνδεσμο της ωοθήκης. Ο μυϊκός χιτώνας του τραχήλου της μήτρας αποτελείται από τις ίδιες μυϊκές στιβάδες. Οι εν λόγω στιβάδες είναι πιο λεπτές από τις μυϊκές στιβάδες του μυϊκού χιτώνα του σώματος και συνδέονται μεταξύ τους με ελάχιστο ελαστικό και άφθονο συνδετικό ιστό, στον οποίο οφείλεται η πιο σκληρή σύσταση του τραχήλου της μήτρας. Ο βλεννογόνος της μήτρας συνδέεται απ ευθείας με το μυομήτριο, γεγονός που σημαίνει ότι η σύνδεση πραγματοποιείται χωρίς την παρεμβολή υποβλεννογόνου χιτώνα. Αναλυτικά, ο βλεννογόνος του σώματος της μήτρας αποτελείται από το επιθήλιο, το χόριο και τους αδένες. Εικόνα.6. Μήτρα [womensda.gr]. Η μήτρα είναι κλεισμένη μέσα στον πλατύ σύνδεσμο και βρίσκεται μέσα στη μικρή πύελο, ανάμεσα στην ουροδόχο κύστη και στο ορθό. Στην εν λόγω θέση έχει από κάτω τον κολεό με το περίνεο και από πάνω τις εντερικές έλικες [5]. Θεωρείται ως τυπική θέση της μήτρας μέσα στην πύελο εκείνη κατά την οποία οι επιμήκεις άξονες του τραχήλου της μήτρας και της πυέλου συμπίπτουν, ενώ το σώμα της μήτρας βρίσκεται σε πρόσθια κάμψη και έγκλιση έτσι ώστε να σχηματίζει με τον τράχηλο της γωνία ανοικτή προς τα πρόσω 8 ο ο. Στη συγκεκριμένη τυπική θέση βρίσκεται η μήτρα, όταν το ορθό και η ουροδόχος κύστη είναι κενά. Επηρεάζεται αρκετά από το βαθμό πλήρωσης των οργάνων, τις μεταβολές της στάσης της γυναίκας και από την ενδοκοιλιακή πίεση. Εκτός από την εν λόγω τυπική θέση την οποία κατέχει η μήτρα στη μικρή πύελο είναι δυνατόν αυτή να εμφανίζει κάποτε και ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ άλλες άτυπες θέσεις. Για αυτόν το λόγο, η μήτρα σε σχέση με τον επιμήκη άξονα της πυέλου εμφανίζει πρόσθια, οπίσθια και πλάγια θέση, δηλαδή ολόκληρη η μήτρα είναι δυνατόν να βρίσκεται μπροστά ή πίσω ή προς το ένα ή το άλλο πλάγιο του άξονα αυτού. Επιπλέον, εμφανίζει πρόσθια, οπίσθια και πλάγια έγκλιση, συστροφή της μήτρας που σημαίνει ότι η μήτρα είναι δυνατόν να στραφεί γύρω από τον επιμήκη άξονα της, καθώς και κάμψη της μήτρας που σημαίνει ότι ο τράχηλος της μήτρας συμπίπτει με τον άξονα της πυέλου. Η μήτρα διακρίνεται στον πυθμένα, το σώμα, τον τράχηλο ή αυχένα, την κοιλότητα και τα δύο στόμια, το έσω και το έξω. Η μεσοσαλπιγγική γραμμή αποτελεί το όριο πυθμένα και σώματος που ενώνει δεξιά και αριστερά τις εκφύσεις των ωαγωγών και ο ισθμός αποτελεί το όριο σώματος και τραχήλου. Ο πυθμένας της μήτρας αντιστοιχεί στο ευρύτερο άνω άκρο της μήτρας και φέρεται προς τα άνω και μπροστά. Το σώμα της μήτρας το οποίο από τον πυθμένα προς τον τράχηλο γίνεται σταδιακά στενότερο, ιδιαίτερα στον ισθμό, εμφανίζει δύο επιφάνειες, την πρόσθια και την οπίσθια, που καλύπτονται από το περιτόναιο και τα δύο πλάγια χείλη. Η πρόσθια επιφάνεια είναι ελαφρώς κυρτή και έρχεται σε σχέση με τις εντερικές έλικες. Στα πλάγια χείλη του σώματος προσφύονται οι πλατείς σύνδεσμοι και από αυτά διέρχονται τα μητριαία αγγεία που πορεύονται ανάμεσα στα δύο πέταλα των πλατέων συνδέσμων. Ο τράχηλος ή αυχένας της μήτρας έχει σχήμα κυλινδρικό και μήκος,5 cm και υποδιαιρείται με την πρόσφυση του κόλπου σε δύο μέρη, το υπερκολεϊκό και το ενδοκολεϊκό. Αναλυτικά, το υπερκολεϊκό μέρος εμφανίζει δύο άνισες επιφάνειες, την πρόσθια και την οπίσθια, που είναι και οι δύο υπόρκυτες και δύο πλάγια χείλη που είναι παχιά και υποστρόγγυλα. Η πρόσθια επιφάνεια του είναι πιο επιμήκης από την οπίσθια και ακάλυπτη από περιτόναιο. Ενώ η οπίσθια έρχεται σε σχέση με το ορθό και είναι βραχύτερη από την πρόσθια επιφάνεια γιατί ο κολεός στην εν λόγω επιφάνεια προσφύεται ψηλότερα στον τράχηλο και καλύπτεται από το περιτόναιο του ευθυκολεϊκού κολπώματος, που τον χωρίζει από το ορθό. Τα πλάγια χείλη του υπερκολεϊκού μέρους του τραχήλου έρχονται σε σχέση με τη βάση του πλατέος συνδέσμου και με το παραμήτριο. Η μητριαία αρτηρία χιάζεται με τον ουρητήρα επί τα εκτός των πλαγίων χειλών, δεξιά και αριστερά, και σε απόσταση,5 cm. Το ενδοκολεϊκό μέρος του τραχήλου εισέρχεται μέσα στο άνω μέρος του κολεού και περιβάλλεται από το βλεννογόνο του κόλπου. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ Ο ισθμός της μήτρας αποτελεί την πιο στενή μοίρα του σώματος της μήτρας και αντιστοιχεί εσωτερικά στο έσω στόμιο της μήτρας και εξωτερικά στο ύψος της ανάκαμψης του περιτοναίου από την ουροδόχο κύστη στη μήτρα. Η κοιλότητα της μήτρας είναι σχισμοειδής και διακρίνεται στην κοιλότητα του σώματος και στην κοιλότητα του αυχένα. Το όριο των συγκεκριμένων κοιλοτήτων, που είναι στενό, περιγράφεται ως έσω στόμιο της μήτρας και αντιστοιχεί εξωτερικά στον ισθμό. Η κοιλότητα του σώματος σε οβελιαία διατομή είναι στενή γιατί το πρόσθιο και το οπίσθιο τοίχωμα της μήτρας εφάπτεται το ένα με το άλλο και χωρίζονται μεταξύ τους μόνο με μια λεπτή στιβάδα βλέννης. Αντίθετα, η κοιλότητα του αυχένα έχει σχήμα ατράκτου και προς τα άνω συνεχίζεται με την κοιλότητα του σώματος της μήτρας με το έσω στόμιο της και προς τα κάτω εκβάλλει με το έξω στόμιο της στον κόλπο. Ο βλεννογόνος του προσθίου και του οπισθίου τοιχώματος της κοιλότητας του αυχένα εμφανίζει πτυχές που φέρονται παράλληλα και λοξά από τα άνω προς τα κάτω και συγκλίνουν κατά τη μέση γραμμή. Για αυτόν το λόγο, σχηματίζουν την πρόσθια και οπίσθια στελεχιαία φοινικοειδή πτυχή. Οι φοινικοειδείς πτυχές των δύο τοιχωμάτων δεν βρίσκονται απέναντι η μια με την άλλη, αλλά αντιβαίνουν μεταξύ τους έτσι ώστε να επιτυγχάνεται πλήρης σύγκλιση της κοιλότητας του αυχένα. Παράλληλα, τα στόμια διακρίνονται σε έσω και έξω. Αναλυτικά, το έσω στόμιο αποτελεί το όριο της κοιλότητας του σώματος και της κοιλότητας του τραχήλου και αντιστοιχεί εξωτερικά στον ισθμό της μήτρας. Ενώ, το έξω στόμιο βρίσκεται στο ελεύθερο άκρο του ενδοκολεϊκού μέρους του τραχήλου. Το στόμιο αποφράσσεται από τη βλέννα και αφορίζεται από τα δύο παχειά χείλη, το πρόσθιο και το οπίσθιο. Από αυτά, το πρόσθιο χείλος είναι βραχύτερο και παχύτερο από το οπίσθιο και προέχει προς τα κάτω περισσότερο, ενώ το οπίσθιο χείλος βρίσκεται υψηλότερα. Σημειώνεται ότι και τα δύο εν λόγω χείλη στρέφονται προς τα κάτω και πίσω, που σημαίνει προς το οπίσθιο τοίχωμα του κολεού. Στη στήριξη της μήτρας, όπως παρουσιάζεται στην Εικόνα.7, συμβάλλουν το περίνεο, το περιτόναιο, οι ιερομητρικοί ή ευθυμητρικοί σύνδεσμοι, οι πλατείς σύνδεσμοι, το παραμήτριο και οι στρογγυλοί σύνδεσμοι της μήτρας. Συγκεκριμένα, το περιτόναιο ανακάμπτει από την ουροδόχο κύστη προς τον ισθμό της μήτρας και φέρεται στην πρόσθια επιφάνεια της. Αφού καλύψει και τον πυθμένα και την οπίσθια επιφάνεια του σώματος, όπως και την οπίσθια επιφάνεια του υπερκολεϊκού μέρους του τραχήλου ανακάμπτει στην πρόσθια επιφάνεια του ορθού. Για αυτόν το λόγο, το περιτόναιο αφήνει ακάλυπτα ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ μόνο την πρόσθια επιφάνεια του υπερκολεϊκού μέρους του τραχήλου και τα πλάγια χείλη της μήτρας. Από τα πλάγια χείλη της μήτρας το περιτόναιο φέρεται δεξιά και αριστερά προς τα πλάγια τοιχώματα της μικρής πυέλου. Για αυτόν το λόγο, σχηματίζεται δεξιά και αριστερά από τη μήτρα τετράπλευρη περιτοναϊκή πτυχή, που φέρεται οριζόντια όπως και το σώμα της μήτρας, και η οποία ονομάζεται πλατύς σύνδεσμος της μήτρας. Μεταξύ των δύο πετάλων του συνδέσμου, περικλείονται ο ωαγωγός, ο στρογγυλός σύνδεσμος της μήτρας και ο ίδιος ο σύνδεσμος της ωοθήκης. Εικόνα.7. Γυναικεία εσωτερικά γεννητικά όργανα που παρουσιάζουν τη στήριξη της μήτρας [ Δύο κολπώματα, το κυστεομητρικό κόλπωμα και το ευθυμητρικό κόλπωμα ή χώρος του Douglas, σχηματίζονται από την ανάκαμψη του περιτοναίου μεταξύ ουροδόχου κύστης και μήτρας και μεταξύ μήτρας και ορθού. Αναλυτικά, το κυστεομητρικό κόλπωμα βρίσκεται μπροστά από τη μήτρα και είναι σχισμοειδές. Ενώ, το ευθυμητρικό κόλπωμα βρίσκεται πίσω από τη μήτρα, είναι ευρύ και γεμίζει ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ με εντερικές έλικες. Λόγω των ευθυμητρικών πτυχών διαιρείται σε δύο μέρη, το άνω που είναι ευρύτερο και γεμίζει με το σιγμοειδές κάλο και με εντερικές έλικες, και το κάτω που είναι σχισμοειδές, χωρίς εντερικές έλικες και ο πυθμένας του απέχει από τον πρωκτό γύρω στα 5 6 cm. Οι ευθυμητρικοί σύνδεσμοι αποτελούνται από συνδετικό ιστό με ελαστικές και λείες μυϊκές ίνες. Συγκεκριμένα, εκφύονται δεξιά και αριστερά από την πρόσθια επιφάνεια του ιερού οστού και καταφύονται, αφού πορευτούν τοξοειδώς προς την οπίσθια επιφάνεια της μήτρας, αντίστοιχα προς τον ισθμό της, όπου συνενώνονται μεταξύ τους και σχηματίζουν εγκάρσια ακρολοφία, το μητριαίο όγκωμα. Οι εν λόγω σύνδεσμοι έλκουν τον αυχένα της μήτρας προς τα πίσω και αποτελούν το υπόθεμα των ευθυμητρικών πτυχών δια των οποίων διαιρείται το ευθυμητρικό κόλπωμα σε δύο μέρη, το άνω και το κάτω, το λεγόμενο πυθμένα του χώρου του Douglas. Οι πλατείς σύνδεσμοι αποτελούν διπεταλείς πτυχές του περιτοναίου που περιβάλλουν τη μήτρα. Τα δύο περιτοναϊκά πέταλα προς τα χείλη της μήτρας, συνάπτονται σε ενιαίο σύνολο, το οποίο εκτείνεται από τα πλάγια χείλη της μήτρας προς τα πλάγια τοιχώματα της μικρής πυέλου. Για αυτόν το λόγο, μαζί με τη μήτρα σχηματίζουν ενιαίο διάφραγμα που χωρίζει τη μικρή πύελο σε πρόσθια και οπίσθια μοίρα, από τις οποίες η πρόσθια περιέχει την ουροδόχο κύστη και η οπίσθια το ορθό, το σιγμοειδές και τις εντερικές έλικες. Κάθε ένας από τους πλατείς συνδέσμους, έχει σχήμα ανώμαλο τετράπλευρο και εμφανίζει δύο επιφάνειες, την πρόσθια και την οπίσθια, και τέσσερα χείλη, το έσω, το έξω, το άνω και το κάτω. Αναλυτικά, η πρόσθια επιφάνεια του πλατέος συνδέσμου εμφανίζει προς τα άνω τον στρογγυλό σύνδεσμο της μήτρας που πορεύεται στο πρόσθιο πέταλο του συγκεκριμένου συνδέσμου. Η οπίσθια επιφάνεια έρχεται σε σχέση με το ορθό και με εντερικές έλικες και εμφανίζει δύο πτυχές, το μεσωοθήκιο από το οποίο κρέμεται η ωοθήκη και υποδιαιρεί με την έκφυση του την οπίσθια επιφάνεια του πλατέος συνδέσμου σε δύο άνισες μοίρες, συγκεκριμένα την άνω μοίρα που είναι στενή, περιέχει τη σάλπιγγα και ονομάζεται μεσοσαλπίγγιο, και την κάτω μοίρα που είναι πλατύτερη, αντιστοιχεί στα πλάγια χείλη της μήτρας και ονομάζεται μεσομήτριο. Στην περιοχή του, βρίσκεται ο μητροωθηκικός σύνδεσμος της ωοθήκης, που βρίσκεται στην προς τα έσω προέκταση του μεσωοθηκίου και την ευθυμητρική πτυχή, που παράγεται από το ομώνυμο σύνδεσμο και προσφύεται πιο κάτω από τον ισθμό. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 6

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ...3 Τράχηλος Ο τράχηλος αποτελεί το λεπτότερο και κατώτερο τμήμα της μήτρας και διαθέτει ένα άνοιγμα μέσω του οποίου επικοινωνεί η κοιλότητα της μήτρας με τον κόλπο. Μέσω του τραχηλικού ανοίγματος περνάει το αίμα της περιόδου προς τον κόλπο και έξω από το σώμα και τα σπερματοζωάρια από τον κόλπο προς τις σάλπιγγες. Το συγκεκριμένο άνοιγμα εξαρτάται από το εάν η γυναίκα βρίσκεται σε στάδιο πριν ή μετά εγκυμοσύνης αλλά και μετά την εμμηνόπαυση. Πρόκειται για ένα ινομυώδες όργανο που καλύπτεται από μια μεμβράνη βλέννης, έχει μήκος 3 cm και διάμετρο,5 cm. Διασχίζεται από τον ενδοτραχηλικό σωλήνα, που βρίσκεται προς τα επάνω σε συνέχεια με το σώμα της μήτρας στον ισθμό, ενώ βρίσκεται προς τα κάτω σε συνέχεια με τον κόλπο στο τραχηλικό στόμιο. Ο μυϊκός ιστός αποτελεί το 8% του σώματος ενώ από το ύψος του ισθμού τα μυϊκά στοιχεία μειώνονται σταδιακά, σε αντίθεση με τα συνδετικά, δηλαδή τις ελαστικές ίνες που αυξάνονται. Παράλληλα, οι τραχηλικοί αδένες είναι υπεύθυνοι για την παραγωγή βλέννας και τη δημιουργία του βλεννώδους «βύσματος» που εμποδίζει την είσοδο μικροβίων από τον κόλπο στη μήτρα, με την αλκαλικότητα της αντίδρασης να επιτρέπει την επιθυμητή είσοδο των σπερματοζωαρίων. Ο ενδοτραχηλικός σωλήνας έχει σχήμα ατρακτοειδές, αποπλατυσμένο από εμπρός προς τα πίσω, ενώ η κατά τόπους αναίρεση του βλεννογόνου σχηματίζει παράλληλες φοινικοειδείς πτυχές που εξασφαλίζουν μέσω των μεταξύ τους αυλάκων τη συνεχή ροή των σπερματοζωαρίων. Οι εν λόγω κρύπτες, καθώς και ολόκληρη η επιφάνεια του αυλού του ενδοτραχηλικού σωλήνα καλύπτονται από μια στιβάδα κυλινδρικών κυττάρων. Η κυτταρική επιφάνεια του τραχήλου της μήτρας λέγεται τραχηλικό επιθήλιο και διακρίνεται στο πλακώδες επιθήλιο και στο αδενικό επιθήλιο. Το κυλινδρικό αδενικό επιθήλιο αποτελείται από ψηλά κυλινδρικά κύτταρα, που διακρίνονται στα εκκριτικά κυλινδρικά κύτταρα, τα κροσσωτά κυλινδρικά κύτταρα και τα εφεδρικά κύτταρα. Τα εκκριτικά κύτταρα παράγουν όξινη και ουδέτερη βλέννη η οποία βοηθάει στην εύκολη διέλευση των σπερματοζωαρίων. Στην περίπτωση πυκνής βλέννης μπορεί να δημιουργηθεί το πρόβλημα των καλοηθών κύστεων, ονομαζόμενων κύστεων Naboth. Τα κροσσωτά κύτταρα εντοπίζονται ως επί το πλείστον στην ενδομητρική και ενδοτραχηλική συμβολή και είναι επιφορτισμένα με το έργο μεταφοράς της βλέννης κατά μήκος της βλεννώδους μεμβράνης. Παράλληλα, τα εφεδρικά κύτταρα είναι μικρά αδιαφοροποίητα πολυδύναμα κύτταρα, τα οποία ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 7

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ χρησιμοποιούνται για την αντικατάσταση κυλινδρικών κυττάρων κατά τη διαδικασία της μετάπλασης. Αναλυτικά, η κυτταρική διαστρωμάτωση του πλακώδους επιθηλίου αποτελείται από τις ακόλουθες στιβάδες: τη βασική στιβάδα, ένα στρώμα κυττάρων μικρού μεγέθους και κυβοειδούς σχήματος, στην οποία περιορίζεται η διαδικασία της αναγέννησης σε φυσιολογικές συνθήκες, την παραβασική στιβάδα ή ακανθωτή, η οποία αποτελείται από 3 4 στρώματα κυττάρων με την ίδια εμφάνιση με τα προηγούμενα αλλά λίγο μεγαλύτερα, λόγω μεγαλύτερης ποσότητας κυτταροπλάσματος, την ενδιάμεση στιβάδα, η οποία αποτελείται από 5 6 στρώματα κυττάρων που γίνονται προοδευτικά πιο επίπεδα όσο πλησιάζουν στην επιφάνεια και ενώνονται μεταξύ τους παράγοντας το σχέδιο της «πλέξης» καλαθιού, την επιφανειακή ή κερατινοποιημένη στιβάδα, η οποία αποτελείται απο 6 8 στρώματα κυττάρων και μοιάζουν με αυτά της ενδιάμεσης, την αποφολιδούμενη στιβάδα, με κύτταρα να αποφολιδώνονται μόνα τους διατηρώντας τους πυρήνες τους, διαδικασία η οποία τα διαφοροποιεί από αυτά της επιδερμίδας. Εικόνα.8. Τράχηλος [ Ωαγωγοί Οι ωαγωγοί ή σάλπιγγες είναι τα όργανα, εντός των οποίων φυσιολογικά επέρχεται η γονιμοποίηση. Έχουν σχήμα επιμήκους σωληνίσκου και συνδέουν την κοιλότητα της μήτρας με την κοιλότητα της κοιλιάς. Οι ωαγωγοί είναι δύο και εκφύονται από τα πλάγια του σώματος της μήτρας. Έχουν μήκος περίπου - 3 cm ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 8

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ και εξωτερική διάμετρο,5 -, cm. Διακρίνονται τέσσερα τμήματα της σάλπιγγας και τα οποία είναι τα ακόλουθα: το ενδομήτριο διάμεσο τμήμα της σάλπιγγας, ο ισθμός, η λήκυθος και ο κώδωνας, που το άκρο του καταλήγει στους κροσσούς. Το διάμεσο τμήμα της σάλπιγγας πορεύεται εντός του τοιχώματος της μήτρας και εκβάλλει στο κέρας δια του μητριαίου στομίου της σάλπιγγας. Ο ισθμός είναι το εστενωμένο μικρό τμήμα της σάλπιγγας πλησίον της μήτρας με εσωτερική διάμετρο από έως 3 mm. Η λήκυθος είναι το μακρύτερο και ευρύτερο τμήμα και διευρύνεται στο ακραίο τμήμα της, καταλήγοντας στον κώδωνα και στους κροσσούς. Η σάλπιγγα, με τη βοήθεια των κροσσών, παραλαμβάνει το ωάριο μετά την ωοθυλακιορρηξία. Στον αυλό της σάλπιγγας το ωάριο γονιμοποιείται από ένα μόνο σπερματοζωάριο, από τα πολλά που έχουν φθάσει μέσω του τραχήλου και της μήτρας. Το εσωτερικό της σάλπιγγας καλύπτεται από επιθήλιο που αποτελείται από κροσσωτά και εκκριτικά κύτταρα, όπως επίσης και από στυλοειδή και εφεδρικά κύτταρα. Τα κροσσωτά κύτταρα χρησιμεύουν για τη μεταφορά των γαμετών, ενώ τα εκκριτικά για την ανάπτυξη του γονιμοποιημένου ωαρίου. Έτσι, η μεγαλύτερη αναλογία των κροσσωτών κυττάρων βρίσκεται στη λήκυθο περίπου 65-75%, είναι μικρότερη στον ισθμό 5 - %, ενώ στο ενδομήτριο τμήμα της σάλπιγγας τα κροσσωτά κύτταρα απουσιάζουν εντελώς. Η σάλπιγγα εξωτερικά καλύπτεται από ορογόνο χιτώνα, ενώ ανάμεσα σε ορογόνο και βλεννογόνο υπάρχει μυϊκό τοίχωμα. Το μυϊκό τοίχωμα είναι παχύτερο στην περιοχή του ισθμού και λεπτότερο στη λήκυθο και στον κώδωνα. Ο περισταλτισμός του μυϊκού τοιχώματος και η κίνηση του κροσσωτού επιθηλίου υποβοηθούν την προώθηση του ωαρίου και των σπερματοζωαρίων. Θεωρείται ότι η γονιμοποίηση επέρχεται στη λήκυθο της σάλπιγγας. Η σάλπιγγα φαίνεται να διαθέτει τη μοναδική ικανότητα μεταφοράς του ωαρίου σε αντίθετη κατεύθυνση από αυτήν του σπερματοζωαρίου. Μετά τη γονιμοποίηση, η κίνηση των κροσσωτών κυττάρων και ο περισταλτισμός του μυϊκού τοιχώματος προωθούν τον ζυγώτη προς την κοιλότητα της μήτρας. Τα εκκριτικά μη κροσσωτά κύτταρα παράγουν υγρό, το οποίο περιέχει πρωτεΐνες, λιποπρωτεΐνες, Ca, Mg, όξινη και αλκαλική φωσφατάση και θρεπτικά συστατικά που χρησιμεύουν για τη διατροφή του γονιμοποιημένου ωαρίου τις 4-5 πρώτες ημέρες της ζωής του, καθώς αυτό προωθείται προς την κοιλότητα της μήτρας όπου θα εμφυτευθεί και θα αναπτυχθεί. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 9

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ Εικόνα.9. Ωαγωγοί [panacea.med.uoa.gr]....5 Κόλπος Ο κόλπος είναι ένας ινομυώδης σωλήνας, έχει μήκος περίπου 7,5-9 cm και βρίσκεται μεταξύ ουροδόχου κύστης και εντέρου. Το τοίχωμα του παρουσιάζει πτυχές. Στο άνω μέρος του θόλος προβάλλει ο τράχηλος της μήτρας, ενώ το κάτω μέρος του καταλήγει στο αιδοίο. Μετά την εκσπερμάτιση, το σπέρμα συγκεντρώνεται στο θόλο του κόλπου. Ο κόλπος αποτελεί «διάδρομο» για τη ροή του αίματος της εμμήνου ρύσεως και την έξοδο του εμβρύου κατά τον τοκετό. Ο κόλπος καλύπτεται από πλακώδες επιθήλιο. Το επιθήλιο του κόλπου περιέχει μεγάλες ποσότητες γλυκογόνου. Οι γαλακτοβάκιλοι που αποτελούν τη φυσιολογική μικροβιακή χλωρίδα μεταβολίζουν το γλυκογόνο σε γαλακτικό οξύ και δημιουργούν το όξινο ph του κόλπου. Το όξινο περιβάλλον μειώνει την εμφάνιση των παθογόνων μικροοργανισμών που δημιουργούν τις κολπίτιδες. Το κολπικό έκκριμα συμπληρώνεται από τις εκκρίσεις της τραχηλικής βλέννας, των βαρθολινείων αδένων και των παραουρηθρικών αδένων. Περιέχει αποφολιδωμένα κύτταρα και εκκρίσεις από τη μήτρα και τις σάλπιγγες. Στην είσοδο του κόλπου βρίσκεται μια μεμβράνη συνδετικού ιστού, ο παρθενικός υμένας. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ Εικόνα.. Κόλπος [womensda.gr]... Εξωτερικά γεννητικά όργανα Το εξωτερικό και ορατό τμήμα των γυναικείων γεννητικών οργάνων που βρίσκεται ανάμεσα στους μηρούς ονομάζεται αιδοίο, είναι ένα από τα πιο ευαίσθητα σημεία και η πιο ερωτογόνος ζώνη του σώματος. Το μπροστινό μέρος του ορίζεται από το εφηβαίο ή «όρος της Αφροδίτης» και το οπίσθιο ορίζεται από το περίνεο. Το τρίχωμα του εφηβαίου κρύβει ως ένα σημείο τα μέρη που το αποτελούν και συγκεκριμένα τα δύο μεγάλα χείλη, την κλειτορίδα, το στόμιο της ουρήθρας, την είσοδο του κόλπου και τους αδένες. Το γυναικείο σύστημα αναπαραγωγής έχει 4 βασικές λειτουργίες και οι οποίες είναι οι ακόλουθες: να παράγει ωοθηκικές ορμόνες οι οποίες είναι υπεύθυνες για τα χαρακτηριστικά του γυναικείου φύλου και τις λειτουργίες της αναπαραγωγής, να παράγει το ωάριο και ένα ευνοϊκό περιβάλλον για να επέλθει η σύλληψη, καθώς και να παραδώσει το ωάριο στη μήτρα, να τρέφει και να συντηρεί το αναπτυσσόμενο γονιμοποιημένο ωάριο έως τον τοκετό, να εκπληρώσει την παράδοση του προϊόντος σύλληψης.... Μεγάλα χείλη Τα μεγάλα χείλη είναι δύο «μαξιλαράκια» που βρίσκονται αριστερά και δεξιά από την είσοδο του κόλπου και απέχουν 7-8 cm περίπου από το όρος της Αφροδίτης μέχρι την περιοχή του πρωκτού. Είναι καλυμμένα με ελαφρώς ροδαλή επιδερμίδα, δεν περιέχουν σχεδόν καθόλου λίπος, ιδρωτοποιούς ή σμηγματογόνους αδένες, ούτε ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ διαθέτουν τρίχωμα. Για αυτόν το λόγο, μπορούν να προσβληθούν από δερματολογικές παθήσεις, όπως μια σμηγματογόνο κύστη που σχετίζεται με την απόφραξη κάποιου πόρου, ή κάποιο μικρό δοθιήνα που μπορεί να οφείλεται σε μόλυνση του βολβού της τρίχας. Τα μεγάλα χείλη, τα οποία στα μικρά κορίτσια είναι πολύ σφιχτά, ανοίγουν προοδευτικά με την έναρξη της σεξουαλικής ζωής και τους αλλεπάλληλους τοκετούς. Η βασική τους λειτουργία είναι η προστασία του κόλπου από τις εισβολές των μικροβίων και η συμβολή τους στη διατήρηση της υγρασίας του.... Μικρά χείλη Αν παραμεριστούν τα μεγάλα χείλη, θα φανούν δυο μικρές, επιμήκεις πτυχές από πολύ λεπτή σάρκα που περιβάλλουν από εμπρός την κλειτορίδα και σχηματίζουν από πίσω ένα «μαξιλαράκι» που ενώνεται με το εσωτερικό τμήμα των μεγάλων χειλέων. Το χρώμα των μικρών χειλέων διαφέρει από γυναίκα σε γυναίκα ενώ η επιφάνεια τους είναι λεία ως δαντελωτή και ο όγκος τους μπορεί να είναι τέτοιος ώστε να υπερκαλύπτουν τα μεγάλα χείλη. Δεν έχουν καθόλου τρίχωμα, δε διαθέτουν λιπώδη ιστό, ούτε ιδρωτοποιούς αδένες, ενώ έχουν πάρα πολλά αιμοφόρα αγγεία. Ο ελαστικός ιστός τους, τους επιτρέπει να διαστέλλονται για να διευκολύνουν τη διέλευση του βρέφους κατά τον τοκετό. Είναι πολύ ευαίσθητα στην αφή, λόγω του ότι έχουν άφθονες νευρικές ίνες, ενώ παίζουν ρόλο στη σεξουαλική διέγερση, οπότε και αλλάζουν όψη, διογκώνονται και γίνονται ακόμη πιο κόκκινα....3 Κλειτορίδα Η κλειτορίδα είναι πολύ λεπτή, το συνολικό της μήκος φτάνει τα 3 cm περίπου, ενώ κρύβεται σχεδόν τελείως από τα μικρά χείλη. Χρειάζεται κάποια προσπάθεια για να αποκαλυφθεί, αφού φαίνεται μόνο η άκρη της. Λόγω του πλήθους των νευρικών απολήξεων η κλειτορίδα είναι το βασικό όργανο ηδονής για τη γυναίκα. Ο παραμικρός ερεθισμός της προκαλεί γρήγορα μια αίσθηση ηδονής που καθώς απλώνεται στην περιοχή της ελάσσονος πυέλου συμβάλλει στη διέγερση και στην ηδονή....4 Γυναικείοι αδένες Είναι σμηγματογόνοι αδένες οι οποίοι είναι διάσπαρτοι στην επιφάνεια των μεγάλων χειλέων και παράγουν μια μορφή λίπους, το λεγόμενο σμήγμα που λιπαίνει το τρίχωμα. Επιπλέον, είναι οι ιδρωτοποιοί αδένες που εκκρίνουν ιδρώτα. Και τα δύο ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ αυτά είδη αδένων δίνουν στο αιδοίο μια έντονη και ιδιάζουσα μυρωδιά, που αν και προκαλεί την ερωτική διέγερση, ορισμένες γυναίκες προσπαθούν να την καλύψουν. Οι άλλοι αδένες είναι υπεύθυνοι για τη λίπανση του κόλπου κατά τη διάρκεια της σεξουαλικής επαφής. Αυτοί είναι οι αδένες του Skene, που βρίσκονται κοντά στο στόμιο της ουρήθρας καθώς και οι βαρθολίνιοι αδένες που βρίσκονται μέσα στα μεγάλα χείλη. Μερικές φορές οι αδένες αυτοί μολύνονται και προκαλούν την βαρθολινίτιδα. Τότε επιβάλλεται η αφαίρεση τους, χωρίς να υπάρχουν συνέπειες, αφού ο ρόλος τους στη λίπανση του κόλπου είναι στην ουσία μηδαμινός..3 Μορφολογία του ενδομητρίου Ο βλεννογόνος του ενδομητρίου διακρίνεται τοπογραφικά στο ενδομήτριο του σώματος και στο ενδομήτριο του κατώτερου τμήματος της μήτρας, δηλαδή τον ισθμό. Το ενδομήτριο του ισθμού είναι λεπτότερο και ανταποκρίνεται ασθενέστερα στα ορμονικά ερεθίσματα, γεγονός που σημαίνει ότι είναι ακατάλληλο σαν υλικό για την αξιολόγηση της μορφολειτουργικής ανάπτυξης του ενδομητρίου σε σχέση με την ορμονική κατάσταση της γυναίκας. Αναλυτικά, το ενδομήτριο αποτελείται από δύο στιβάδες, τη βασική και τη λειτουργική. Η βασική στιβάδα αποτελείται από πυκνό στρώμα και μικρούς, φαινομενικά ανενεργείς κατά τη διάρκεια του κύκλου αδένες. Η λειτουργική στιβάδα αποτελεί το τμήμα του ενδομητρίου που κυκλικά αναπτύσσεται, διαφοροποιείται, υποστρέφει, αποπίπτει και αναγεννάται στο νέο κύκλο. Η αγγείωση του ενδομητρίου είναι πολύ ειδική και έχει ικανότητα προσαρμογής στις τοπικές και χρόνιες ανάγκες, ανάλογα με τη φάση του κύκλου. Για αυτόν το λόγο, οι μικροί κλάδοι της μητριαίας αρτηρίας που βρίσκονται σε επαφή με τη βασική στιβάδα του ενδομητρίου δίνουν ακόμα μικρότερα τριχοειδή, τα οποία ονομάζονται βασικά τριχοειδή, και τα εσπειραμένα τριχοειδή που εισδύουν βαθύτερα στη λειτουργική στιβάδα. Έτσι, η αγγείωση των δύο στιβάδων του ενδομητρίου είναι διαφορετική, γεγονός που δικαιολογεί τη μη μεταβολή των βασικών αρτηριδίων κατά τη διάρκεια του κύκλου, σε αντίθεση με τα εσπειραμένα που μετέχουν ενεργητικά στις λειτουργικές μεταβολές [6, 7]. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ.3. Ανάπτυξη του ενδομητρίου Ορμονικές επιδράσεις Το ενδομήτριο κατά την αναπαραγωγική ηλικία υφίσταται κυκλική μορφολογική αλλαγή που εκφράζει τη φυσιολογική του ανταπόκριση στις στεροειδείς ορμόνες, κυρίως τα οιστρογόνα και τη προγεστερόνη, που παράγονται στις ωοθήκες. Τα επίπεδα των εν λόγω ορμονών καθώς και η σχέση τους σε κάθε φάση του κύκλου αποτελούν το ερέθισμα για την ανάπτυξη και διαφοροποίηση του ενδομητρίου. Η ορμονική δράση στα κύτταρα του ενδομητρίου πραγματοποιείται με ειδικούς υποδοχείς που υπάρχουν στα συγκεκριμένα κύτταρα. Οι υποδοχείς είναι κυτταροπλασματικές πρωτεΐνες και η συγκέντρωση τους μεταβάλλεται στη διάρκεια του κύκλου. Στην παραγωγική φάση, οι υποδοχείς οιστρογόνων αυξάνονται προοδευτικά, ελαττώνονται γρήγορα μετά την ωοθυλακιορρηξία και φτάνουν σε χαμηλά επίπεδα στο τέλος της εκκριτικής φάσης. Παρόμοια διακύμανση στη συγκέντρωση τους εμφανίζουν και οι υποδοχείς της προγεστερόνης. Αυξάνουν κατά την παραγωγική φάση φτάνοντας στο μέγιστο μετά την ωοθυλακιορρηξία. Στη συνέχεια, μειώνονται και στο τέλος της εκκριτικής φάσης έχουν τη συγκέντρωση που είχαν στην αρχή της παραγωγικής. Τα οιστρογόνα και η προγεστερόνη μπαίνουν στο κύτταρο με διάχυση και συνδέονται με τον αντίστοιχο υποδοχέα. Το σύμπλεγμα «ορμόνη - υποδοχέας» που σχηματίζεται, ενεργοποιείται και μπαίνει στον πυρήνα του κυττάρου όπου δεσμεύεται σε ειδικές πρωτεΐνες της χρωματίνης. Η σύνδεση και αλληλεπίδραση του συμπλέγματος και της χρωματίνης προκαλεί την παραγωγή m RNA με επακόλουθο τη σύνθεση ενζύμων και άλλων πρωτεϊνών που χαρακτηρίζουν τη δράση κάθε ορμόνης. Τα οιστρογόνα και κυρίως η οιστραδιόλη επηρεάζουν την αύξηση του RNA, τη σύνθεση των πρωτεϊνών, τη σύνθεση DNA και γενικά την αύξηση και τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων. Μεταξύ των πρωτεϊνών περιλαμβάνονται και οι υποδοχείς οιστρογόνων και προγεστερόνης. Παράλληλα, η επίδραση της οιστραδιόλης προκαλεί την αύξηση παραγωγής ενζύμων. Μεταξύ των εν λόγω ενζύμων είναι και η αρωματάση που προκαλεί την επιτόπια στο ενδομήτριο παραγωγή οιστραδιόλης από ανδροστενεδιόνη και τεστοστερόνη. Η προγεστερόνη αναστέλλει τη σύνθεση DNA και τη μιτωτική δραστηριότητα των κυττάρων του ενδομητρίου, ενώ παράλληλα διαφοροποιεί τα κύτταρα προς εκκριτική δραστηριότητα με παραγωγή γλυκοπρωτεϊνών, γλυκογόνου και λιπιδίων. Επιπλέον, αυξάνει την παραγωγή ενζύμων με σημαντική επίδραση στον τοπικό μεταβολισμό ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ των στεροειδών. Τελικά, αποτέλεσμα της ενζυμικής μεταβολής που προκαλεί η προγεστερόνη είναι η ελάττωση της βιολογικής δράσης των οιστρογόνων και η αύξηση των επιπέδων της προγεστερόνης ενδοκυτταρικά [8, 9]..3. Κυκλικές μεταβολές του ενδομητρίου Με τις ορμονικές επιδράσεις που αναφέρθηκαν προηγουμένως, το ενδομήτριο παρουσιάζει λειτουργικές μεταβολές. Αυτό σημαίνει ότι σε τυπικό κύκλο 8 ημερών, διακρίνεται η παραγωγική φάση, όπου κυριαρχεί η οιστρογονική επίδραση και διαρκεί από το τέλος της εμμηνορρυσίας μέχρι την ωοθυλακιορρηξία, και η εκκριτική φάση όπου η συνδυασμένη επίδραση των οιστρογόνων και της προγεστερόνης διαφοροποιεί το ενδομήτριο και τη φάση της εμμηνορρυσίας. Αναλυτικά, στην παραγωγική φάση, το ενδομήτριο υπό την επίδραση των οιστρογόνων αναπτύσσεται. Στην αρχή της παραγωγικής φάσης, από την 5 η έως την 7 η ημέρα του κύκλου, οι αδένες είναι μικροί, ευθείς και επενδύονται από μονόστιβο κυβικό επιθήλιο. Προοδευτικά, λόγω του πολλαπλασιασμού των κυττάρων του ενδομητρίου που χαρακτηρίζει αυτή τη φάση, παρουσιάζονται πολυάριθμες μιτώσεις στα κύτταρα του στρώματος και των αδένων. Οι αδένες γίνονται εσπειραμένοι και στο τέλος της παραγωγικής φάσης έχουν αποκτήσει ψηλό ψευδοπολύστιβο επιθήλιο. Παράλληλα, στην εκκριτική φάση, το ήδη αναπτυγμένο από την οιστρογονική επίδραση ενδομήτριο, διαφοροποιείται με τη συνδυασμένη δράση οιστρογόνων προγεστερόνης. Η πρώτη μορφολογική αλλαγή παρατηρείται δύο ημέρες μετά την ωορρηξία, με την εμφάνιση υποπυρηνικών κενοτοπίων στα αδενικά κύτταρα. Συγκεκριμένα, τα κενοτόπια είναι πλούσια σε γλυκογόνο και δηλώνουν εκκριτική δραστηριότητα. Την 3 η ημέρα μετά την ωοθυλακιορρηξία τα κενοτόπια έχουν μετατοπίσει τους πυρήνες, που διατίθενται ήδη σε ένα στίχο, στη μέση του κυττάρου. Την 4 η ημέρα μετά την ωοθυλακιορρηξία ανευρίσκονται και υπερπυρηνικά κενοτόπια, ενώ στον αυλό των αδένων παρατηρείται εστιακά έκκριμα. Στους αδένες ανευρίσκονται σπάνιες μιτώσεις. Την 5 η ημέρα παρατηρούνται υπερπυρηνικά κενοτόπια και έκκριμα στον αυλό των αδένων, άλλα δεν παρατηρούνται μιτώσεις. Η 6 η, 7 η και 8 η ημέρα μετά την ωοθυλακιορρηξία εμφανίζουν παρόμοιες αλλοιώσεις και για αυτόν το λόγο δεν είναι δυνατόν να διαχωριστούν μορφολογικά. Οι αδένες εμφανίζουν άφθονο έκκριμα στον αυλό, ενώ χαρακτηριστικό είναι το έντονο οίδημα ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ του στρώματος. Την 9 η ημέρα μετά την ωοθηλακιορρηξία αρχίζει να φαίνεται η φθαρτοειδής μετατροπή των κυττάρων του στρώματος γύρω από τα σπειροειδή αρτηρίδια. Χαρακτηρίζεται από αύξηση του κυτταροπλάσματος των συγκεκριμένων κυττάρων τα οποία είναι πλούσια σε γλυκοπρωτεϊνες. Την η ημέρα μετά την ωοθυλακιορρηξία, η φθαρτοειδής μετατροπή γύρω από τα αρτηρίδια είναι σαφής. Οι αδένες είναι διατεταμένοι, εσπειραμένοι και το επιθήλιο που τους επενδύει σχηματίζει θηλές προς τον αυλό. Την η ημέρα παρατηρείται φθαρτοειδής μετατροπή του στρώματος υπό το επιφανειακό επιθήλιο. Από την η μέχρι την 4 η ημέρα μετά την ωοθυλακιορρηξία, παρατηρείται προοδευτικά αυξανόμενη φθαρτοειδής μετατροπή όλου του υποστρώματος με διήθηση από λεμφοκύτταρα, πολυμορφοπύρηνα και κοκκιοκύτταρα. Στο επιθήλιο των αδένων ανευρίσκεται καρυορρηκτικό υλικό. Όσον αφορά στη φάση της εμμήνου ρύσεως, η πτώση των επιπέδων οιστραδιόλης και προγεστερόνης έχει ως συνέπεια μια σειρά αγγειακών και αιμοδυναμικών διαταραχών στο ενδομήτριο, που καταλήγει στην ισχαιμική νέκρωση και απόπτωση του λειτουργικού ενδομητρίου. Το εμμηνορρυσιακό ενδομήτριο χαρακτηρίζεται μορφολογικά από συρρίκνωση, αιμορραγία και κατακερματισμό του στρώματος και των αδένων [7, 8]..4 Φυσιολογικό ενδομήτριο Ως ενδομήτριο ορίζεται ο βλεννογόνος που επαλείφει την ενδομήτριο κοιλότητα και αποτελείται από το καλυπτήριο επιθήλιο, τους αδένες, το στρώμα και τα αιμοφόρα αγγεία. Το επιθήλιο που καλύπτει την ενδομήτριο κοιλότητα είναι μονόστιβο με υψηλά κυλινδρικά κύτταρα. Οι αδένες του ενδομητρίου είναι απλοί σωληνώδεις, ορισμένοι από τους οποίους παρουσιάζουν διακλάδωση, ενώ το επιθήλιο τους είναι μονόστιβο κυλινδρικό κροσσωτό και σε μερικές θέσεις χωρίς κροσσούς, εκκρίνουν βλέννη και γλυκογόνο. Επιπλέον, το στρώμα αποτελεί μια ιδιαίτερη μορφή συνδετικού ιστού ευαίσθητο στην επίδραση των ωοθηκικών ορμονών με σημαντική αναγεννητική ικανότητα. Τα αγγεία διακρίνονται σε αρτηρίδια και φλεβίβια. Τα αρτηρίδια που αιματώνουν το βασικό τμήμα του ενδομητρίου παρουσιάζουν μικρού βαθμού ελόπωση και ονομάζονται ευθέα, ενώ τα αρτηρίδια που αιματώνουν το επιπολής τμήμα του ενδομητρίου παρουσιάζουν έντονη ελίκωση και ονομάζονται σπειροειδή. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 6

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ Αναφέρεται ότι τα φλεβίβια αντίστοιχα αρχίζουν από τα κολποειδή που βρίσκονται κάτω από την ελεύθερη επιφάνεια του ενδομητρίου και σχηματίζουν πλέγμα []. Το ενδομήτριο αποτελείται από τη βασική στιβάδα που επικάθεται στο μυομήτριο και τη λειτουργική στιβάδα που είναι και η παχύτερη και επικάθεται στη βασική και καλύπτει όλη την ενδομήτριο κοιλότητα. Η λειτουργική στιβάδα στο δεύτερο ήμισυ του κύκλου διαφοροποιείται σε μια επιπολής συμπαγή και σε μια υποκείμενη σπογγώδη. Επιπλέον, υφίσταται σημαντικές μεταβολές σε κάθε κύκλο και αποπίπτει με την εμμηνορρυσία ενώ η βασική υπόκειται σε περιορισμένες μεταβολές και δεν αποπίπτει κατά την εμμηνορρυσία και από αυτή αναγεννάται η λειτουργική []. Αναλυτικά, η ανάπτυξη του ενδομητρίου αρχίζει από την παραγωγική φάση, που τη διαδέχεται η εκκριτική φάση και εφόσον δεν υπάρχει εγκυμοσύνη ακολουθεί η έμμηνος ρύση. Η ανάπλαση του ενδομητρίου για το νέο γεννητικό κύκλο αρχίζει από τις πρώτες ημέρες της περιόδου υπό την επίδραση των οιστρογόνων, που αρχίζουν να παράγονται από τις ωοθήκες, ενώ παράλληλα συνεχίζεται η απόπτωσή του. Τα οιστρογόνα που παράγονται από την ανάπτυξη των ωοθυλακίων υπό την επίδραση της ωοθυλακιοτρόπου ορμόνης FSH, έχουν μιτωτική δράση στο ενδομήτριο με αποτέλεσμα να αυξάνεται το μήκος των ενδομητρικών αδένων και να αναπτύσσεται ο βλεννογόνος του ενδομητρίου. Στο σημείο αυτό, σημειώνεται ότι η βάση των ενδομητρικών αδένων βρίσκεται στη βασική στιβάδα του ενδομητρίου και η οποία είναι η μόνη που δεν αποπίπτει κατά τη διάρκεια της εμμηνορρυσίας []. Παράλληλα, με την ανάπτυξη των αδένων, πραγματοποιείται και η αγγειογένεση. Οι αδένες με τα αγγεία τους συμβάλλουν στη στήριξη του ενδομητρίου. Κάθε ενδομήτριος αδένας αιματώνεται από δύο αρτηριόλια, ένα επιμήκες σπειροειδές για το άνω τμήμα και ένα βραχύ ευθύ για την αιμάτωση της βάσης. Η ανάπτυξη του ενδομητρίου σε ύψος σταματά λίγο πριν την ωοθυλακιορρηξία και στο εξής οι αδένες με τα αρτηριόλια και τα φλεβόλια τους διογκώνονται και αποκτούν ελικοειδή πορεία, γιατί παρά την έκκριση των οιστρογόνων έχει αρχίσει η έκκριση της προγεστερόνης []. Κατά την εκκριτική φάση, μετά την ωοθυλακιορρηξία, η προγεστερόνη που παράγεται από το ωχρό σωμάτιο υπό την επίδραση της ωχρινοτρόπου ορμόνης LH ελαττώνει όλο και περισσότερο τις μιτωτικές διεργασίες. Με αυτόν τον τρόπο, κατά την η ημέρα του κύκλου 8 ημερών, οι μιτώσεις έχουν σταματήσει. Οι αδένες παρουσιάζουν μεγαλύτερο όγκο, έντονη ελικοειδή πορεία και είναι πλήρεις από το ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 7

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ έκκριμα των αδένων. Η ελάττωση της παραγωγής της προγεστερόνης από το ωχρό σωμάτιο, παράλληλα με την αγγειοσύσπαση των αρτηριολίων, προκαλούν τη ρήξη της αρχιτεκτονικής του ενδομητρίου και την απόπτωσή του. Το εν λόγω φαινόμενο ονομάζεται εμμηνορρυσία και κατά τη διάρκεια της υπάρχει απώλεια αίματος μαζί με κυτταρικά στοιχεία []. Ο γυναικείος κύκλος περιλαμβάνει 5 φάσεις: Πρώϊμη παραγωγική φάση earl follicular phase: αρχίζει την πρώτη ημέρα της εμμηνορρυσίας. Χαρακτηρίζεται από αύξηση της ωοθυλακιοτρόπου ορμόνης FSH και της ωχρινοτρόπου ορμόνης LH και σταθερά χαμηλά επίπεδα οιστραδιόλης [3]. Όψιμη παραγωγική φάση late follicular phase: αρχίζει με την αύξηση της οιστραδιόλης και τελειώνει με την προωθυλακιορρηκτική της αιχμή. Χαρακτηρίζεται από αύξηση της οιστραδιόλης και μικρή μείωση της ωοθυλακιοτρόπου ορμόνης FSH και της ωχρινοτρόπου ορμόνης LH [3]. Πρώϊμη εκκριτική φάση earl luteal phase: αρχίζει την ημέρα της ωοθυλακιορρηξίας, δηλαδή την ημέρα μετά την αιχμή της ωχρινοτρόπου ορμόνης LH και τελειώνει όταν τα επίπεδα προγεστερόνης φτάσουν στα υψηλότερα επίπεδα. Χαρακτηρίζεται από αύξηση των επιπέδων προγεστερόνης και μείωση της ωοθυλακιοτρόπου ορμόνης FSH και της ωχρινοτρόπου ορμόνης LH [3]. Μέση εκκριτική φάση mid luteal phase: χαρακτηρίζεται από σταθερά υψηλά επίπεδα προγεστερόνης και σταθερά χαμηλά επίπεδα της ωοθυλακιοτρόπου ορμόνης FSH και της ωχρινοτρόπου ορμόνης LH [3]. Όψιμη εκκριτική φάση late luteal phase: αρχίζει με την έναρξη της μείωσης των επιπέδων προγεστερόνης και τελειώνει την ημέρα πριν την έναρξη της εμμηνορρυσίας. Χαρακτηρίζεται από μείωση της προγεστερόνης και αύξηση της ωοθυλακιοτρόπου ορμόνης FSH και της ωχρινοτρόπου ορμόνης LH [3]. Γενικά, η εμμηνορρυσία αποτελεί ένα καθολικό γεγονός του ενδομητρίου που επέρχεται μετά την απόσυρση των οιστρογόνων και της προγεστερόνης, ύστερα από ένα φυσιολογικό ωοθυλακιορρηκτικό κύκλο στον οποίο δεν έχει επιτευχθεί εγκυμοσύνη. Οποιαδήποτε διαταραχή της ακολουθίας μοριακών, κυτταρικών και αγγειακών φαινομένων, τα οποία συμβαίνουν κατά τη διάρκεια του κύκλου, μπορεί να οδηγήσει σε μη φυσιολογική ανάπτυξη του ενδομητρίου, με αποτέλεσμα την ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 8

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ εμφάνιση εμμηνορρυσιακών διαταραχών. Ο Markee, το 94, διατύπωσε το μοντέλο της εμμηνορρυσίας σύμφωνα με το οποίο η μείωση των επιπέδων προγεστερόνης και οιστρογόνων, που λαμβάνει χώρα λόγω της ωχρινόλυσης του ωχρού σωματίου, προκαλεί αγγειοσπασμό των σπειροειδών αρτηριδίων του ενδομητρίου [4]. Ο εν λόγω αγγειοσπασμός έχει ως αποτέλεσμα ισχαιμική βλάβη στο τοίχωμα των αγγείων και στο παρακείμενο επιθήλιο του ενδομητρίου [5]. Λευκά αιμοσφαίρια μεταναστεύουν από τα τριχοειδή στον διάμεσο ιστό. Κατά τη διάρκεια των συγκεκριμένων αγγειοκινητικών διαφοροποιήσεων, και άλλα έμμορφα συστατικά του αίματος αρχίζουν να διαφεύγουν στον διάμεσο ιστό. Αιμοπετάλια προσκολλώνται στα επιφανειακά αγγεία και τελικά πραγματοποιείται διάμεση αιμορραγία στη σπογγώδη στιβάδα, οφειλόμενη σε ρήξεις επιφανειακών αγγείων. Ενώ η ισχαιμία επιτείνεται, η συμπαγής στιβάδα εμφανίζει ρήγματα και αίμα διαφεύγει στην ενδομήτριο κοιλότητα. Παράλληλα, τμήμα της σπογγώδους στιβάδας αποπίπτει και θρόμβοι από αιμοπετάλια και ινώδες αποφράσσουν τα στόμια των διατμηθέντων αγγείων []. Τα οιστρογόνα και η προγεστερόνη μειώνονται πριν την έναρξη της εμμηνορρυσίας και η εν λόγω μείωση προκαλεί παραγωγή ισχυρών αγγειοσυσπαστικών παραγόντων και μείωση της ροής του αίματος με αποτέλεσμα το ενδομήτριο να ισχαιμεί και να παράγονται κυτταροκίνες και άλλα παρεμφερή μόρια. Αναφέρεται ότι λίγο πριν και κατά τη διάρκεια της εμμηνορρυσίας παρουσιάζεται απώλεια υαλουρονικού οξέος και αφυδάτωση του ενδομητρίου, η οποία και οδηγεί σε εκτεταμένη αποδόμηση του εξωκυττάριου υποστρώματος [6]. Από τη μια πλευρά αγγειοσπασμός και από την άλλη πλευρά αφυδάτωση προκαλούν την πρώτη μορφολογική μεταβολή, τη ρίκνωση του ενδομητρίου. Σύμφωνα με τις τελευταίες μελέτες, η εμμηνορρυσία είναι αποτέλεσμα της δράσης των μεταλλοπρωτεϊνασών Matri Metalo Proteinase MMP στο ενδομήτριο, οι οποίες διεγείρονται από τα παράγωγα της φλεγμονώδους διεργασίας [6]. Οι συγκεκριμένες μεταλλοπρωτεϊνάσες είναι ένζυμα που καταλύουν τη διάσπαση πρωτεϊνών, δηλαδή πρόκειται για πρωτεάσες, ενδοπεπτιδάσες και φυσιολογικά βρίσκονται στον εξωκυττάριο χώρο. Εμπλέκονται στην επούλωση, στην αγγειογένεση και στη διαδικασία της μετάστασης των όγκων. Συγκεκριμένα, παράγονται από το ενδομήτριο όταν μειώνονται τα επίπεδα προγεστερόνης, προάγουν την αποδόμηση του εξωκυττάριου υποστρώματος και οδηγούν στην κατάρρευση της δομής του ενδομητρίου και των βασικών μεμβρανών ανεξάρτητα από τους ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 9

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ αγγειοσυσπαστικούς μηχανισμούς [3]. Διεγείρονται από τα παράγωγα της φλεγμονώδους διεργασίας και εκφράζονται κυρίως στις περιοχές του ενδομητρίου που υφίστανται την εμμηνορρυσιακή αποδόμηση. Ο εν λόγω μηχανισμός ευθύνεται πιθανώς για την ιστική καταστροφή. Αυτό λαμβάνει χώρα γιατί τα λυσοσώματα του ενδομητρίου είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στη μείωση των επιπέδων προστερόνης και απελευθερώνουν υδρολυτικά ένζυμα πιθανότατα πριν την έναρξη της εμμηνορρυσίας. Παράλληλα, η θεωρία που έχει προταθεί από τον Finn [7] και στηρίζεται στο γεγονός ότι η εμμηνορρυσία είναι μια φλεγμονώδης διεργασία βασίζεται στην ύπαρξη ιστικού οιδήματος, στην εισροή μεταναστευτικών λευκοκυττάρων και στην παρουσία φθαρτοειδών κυττάρων, τα οποία έχουν χαρακτηριστικά ινοβλαστών κοκκιώδους ιστού. Αναφέρεται ότι υπάρχει σημαντική σχέση μεταξύ των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος και της τοπικής παραγωγής και ενεργοποίησης των μεταλλοπρωτεϊνασών και κατ επέκταση στην απώλεια ακεραιότητας των αγγείων και στην καταστροφή του ενδομήτριου διαμέσου υποστρώματος [8]. Αναλυτικά, τα μακροφάγα, τα πολυμορφοπύρηνα και τα λεμφοκύτταρα του ενδομητρίου αυξάνονται περιεμμηνορρυσιακά και προκαλούν την απελευθέρωση σειράς ρυθμιστικών μορίων, επηρεάζοντας την αγγειακή διαπερατότητα και την ιστική καταστροφή. Η μείωση των επιπέδων προγεστερόνης ως επακόλουθη της ωχρινόλυσης συνοδεύεται από αύξηση των ενδομητρίων λεμφοκυττάρων και της συγκέντρωσης των μακροφάγων και άμεσα προεμμηνορρυσιακά από αύξηση των πολυμορφοπυρήνων, μερικά των οποίων φέρουν οιστρογονικούς και προγεστερονικούς υποδοχείς. Τέλος, σημειώνεται ότι τα πολυμορφοπύρηνα εμφανίζονται στη μήτρα μόνο περιεμμηνορρυσιακά και μόνο μετά την έναρξη της ιστικής καταστροφής [6]. Με την έναρξη της εμμηνορρυσίας, τα μαστοκύτταρα αποκοκκιώνονται και απελευθερώνουν τρυπτάση, χυμάση και άλλα συγγενή ένζυμα τα οποία επιδρούν στη δομή και στη λειτουργία του ενδοθηλίου και του ιστού. Το ινώδες παράγεται στο ενδομήτριο δια της εξωγενούς οδού και ο ιστικός παράγων αυξάνει στα φθαρτοποιημένα κύτταρα του ενδομητρίου καθώς αυξάνει το επίπεδο της προγεστερόνης και μειώνεται όταν η προγεστερόνη αρχίζει να αποσύρεται. Εμφανίζονται συμπλέγματα ινώδους αιμοπεταλίων εντός των επιφανειακών αγγείων αλλά όχι στον περιβάλλοντα ενδομήτριο ιστό λόγω των ενεργών ινωδολυτικών μηχανισμών του ενδομητρίου. Κατά την εκκριτική φάση, το ισοζύγιο του πηκτικού μηχανισμού γέρνει προς τον ινωδολυτικό πόλο προς αποτροπή ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ δημιουργίας θρόμβων και ως εκ τούτου αποφυγή δημιουργίας ενδομήτριων συμφύσεων. Παράλληλα, το ενδομήτριο υφίσταται περαιτέρω συρρίκνωση, νέκρωση και απόπτωση της λειτουργικής στιβάδας, η οποία καταρρέει σε θραύσματα εντός της ενδομητρίου κοιλότητας απ όπου και αποβάλλεται. Σημειώνεται ότι το ενδομήτριο είναι ένας από τους ιστούς όπου πραγματοποιείται κυκλική αγγειογένεση σε φυσιολογική βάση. Η παρατεταμένη αγγειοσύσπαση προκαλεί απελευθέρωση τοπικών αυξητικών παραγόντων και η έναρξη της παραγωγής οιστραδιόλης σταματά την αιμόρροια και οδηγεί στην ανάπλαση του επιθηλίου. Τέλος, αναφέρεται ότι η περιεμμηνόπαυση είναι μια περίοδος - 8 ετών που προηγείται της εμμηνόπαυσης και στην οποία αρκετές γυναίκες παρουσιάζουν μη φυσιολογική αιμόρροια από τη μήτρα. Στη συγκεκριμένη περίοδο, ο κύκλος διαφοροποιείται αρχίζοντας σταδιακά με απώλεια της περιοδικότητας του. Μειώνεται η διάρκεια του κύκλου από 3 έως 7 ημέρες, λόγω μείωσης της διάρκειας της παραγωγικής φάσης με ωοθυλακιορρηξία πριν την 4 η ημέρα. Στην εν λόγω φάση, οι γυναίκες είναι δυνατόν να παρουσιάσουν όλες τις μορφές μη φυσιολογικής αιμόρροιας από τη μήτρα, εξαιτίας κυρίως των ανωοθυλακιορρηκτικών κύκλων τους [9]..5 Παθολογίες ενδομητρίου.5. Ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία Ο όρος ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία abnormal uterine bleeding, AUB περιγράφει παθολογικές καταστάσεις από τα φυσιολογικά πρότυπα εμμηνορρυσίας []. Ανώμαλη αιμορραγία από τη μήτρα ορίζεται οποιαδήποτε αιμορραγία, η οποία διαφέρει ως προς την περιοδικότητα, τη συχνότητα, τη διάρκεια και τον όγκο του αποβαλλόμενου αίματος από τη συνήθη εμμηνορρυσιακή ροή []. Η αιτιολογία της περιλαμβάνει ευρύ φάσμα παθολογικών καταστάσεων όπως τις επιπλοκές της κύησης, τις ανατομικές ανωμαλίες του γεννητικού συστήματος, τις φλεγμονές, τις ενδοκρινολογικές παθήσεις, τους κακοήθεις όγκους και τις συστηματικές νόσους. Αναλυτικά, ο όρος ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία περιλαμβάνει τις δυσλειτουργικές αιμορραγίες της μήτρας dsfunctional uterine bleeding, DUB και τις αιμορραγίες από ανατομικά αίτια όπως οι πολύποδες, ο καρκίνος του ενδομητρίου και οι επιπλοκές της κύησης. Οι μη φυσιολογικές αιμορραγίες από τη μήτρα είναι ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ πιθανόν να οφείλονται και σε επιπλοκές των αντισυλληπτικών μεθόδων. Αναφέρεται ότι οι μη φυσιολογικές αιμορραγίες εμφανίζονται στο /3 περίπου των γυναικών αναπαραγωγικής ηλικίας []. Ως δυσλειτουργική αιμορραγία της μήτρας DUB ορίζεται η αιμορραγία η οποία σχετίζεται με λειτουργικές διαταραχές του άξονα υποθαλάμου υπόφυσης ωοθηκών, όταν δεν υπάρχει σαφής συστηματική νόσος, ανατομική διαταραχή ή φλεγμονή. Οι συγκεκριμένες αιμορραγίες συμβαίνουν χωρίς να υπάρχει ιστοπαθολογική βλάβη του ενδομητρίου και αφορούν στο 5 % των γυναικών σε οριακή αναπαραγωγική ηλικία []. Ο όρος δυσλειτουργικές αιμορραγίες χρησιμοποιείται για να διακρίνει τις μη φυσιολογικές αιμορραγίες της μήτρας στις οποίες δεν αναγνωρίζεται πυελική νόσος [3]. Πρόκειται για αιμορραγίες που οφείλονται σε ορμονικές διαταραχές που συνοδεύουν κυρίως ανωοθυλακιορρηκτικούς κύκλους λόγω των ακολούθων: υπεροιστρογονισμού, που σημαίνει αιμορραγία από διαφυγή οιστρογόνων, υποοιστρογονισμού, που σημαίνει αιμορραγία από διακοπή οιστρογόνων και προγεστερονισμού που σημαίνει αιμορραγία από διαφυγή προγεστερόνης. Αναφέρεται ότι οι δυσλειτουργικές αιμορραγίες δεν οφείλονται σε δομικές βλάβες του γεννητικού συστήματος, παρόλα αυτά είναι δυνατόν να συνυπάρχουν με τέτοιου τύπου βλάβες. Χαρακτηρίζουν τις περισσότερες φορές ανωοθυλακιορρηκτικούς κύκλους με ενδεχόμενη εκδήλωση τους καθώς και ωοθυλακιορρηκτικούς. Αφορούν συνήθως στο 5% των αιμορραγιών της αναπαραγωγικής ηλικίας, και τις περισσότερες φορές δεν αφορούν σε όλο το ενδομήτριο. Είναι συχνά μεγάλης έντασης, ενώ σπανιότερα παραμένουν σταγονοειδείς για αρκετές ημέρες [4]. Στην αιμορραγία από διαφυγή οιστρογόνων estrogen breakthrough bleeding, οι ανωοθυλακιορρηκτικοί κύκλοι χαρακτηρίζονται από την απουσία ωχρού σωματίου, που σημαίνει ότι δεν παράγεται προγεστερόνη. Όταν η ποσότητα των εκκρινόμενων οιστρογόνων είναι σταθερή για μεγάλα χρονικά διαστήματα, τότε το ενδομήτριο υφίσταται συνεχή οιστρογονική επίδραση και συνεχίζει τη μιτωτική του δραστηριότητα, δηλαδή βρίσκεται σε διαρκή παραγωγική φάση. Το πάχος του ενδομητρίου αυξάνεται διαρκώς και παράλληλα αυξάνει και η αιμάτωση του. Όμως τα οιστρογόνα δεν μπορούν να διατηρήσουν διαρκώς την αρχιτεκτονική του ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ υπερβολικά αναπτυγμένου ενδομητρίου και για αυτόν το λόγο συμβαίνει η ανώμαλη απόπτωση του ενδομητρίου, η οποία και προκαλεί παρατεταμένη ή και έντονη αιμορραγία του τύπου της μηνομητρορραγίας. Η αιμορραγία αυτού του τύπου ονομάζεται αιμορραγία εκ διαφυγής και συμβαίνει παρόλο που δεν υπάρχει μείωση του επιπέδου των οιστρογόνων. Στην αιμορραγία από διακοπή οιστρογόνων estrogen withdrawal bleeding, στην προεμμηνοπαυσιακή περίοδο, η διάρκεια του έμμηνου κύκλου ελαττώνεται σημαντικά. Η παραγωγική φάση γίνεται μικρότερη, δεν επιλέγεται και δεν αναπτύσσεται κυρίαρχο ωοθυλάκιο και παρατηρείται αυξομείωση του επιπέδου των εκκρινόμενων οιστρογόνων. Οι γοναδοτροπίνες προκαλούν ενός βαθμού ωρίμανση των ωοθυλακίων, επειδή όμως δεν εμφανίζουν μεσοκυκλική αιχμή δεν προκαλείται ωοθυλακιορρηξία. Τα αυξημένα επίπεδα οιστρογόνων που παράγονται με αυτόν τον τρόπο λόγω της αρνητικής ανάδρασης προκαλούν τη μείωση των εκκρινόμενων οιστρογόνων από τα ατελώς αναπτυσσόμενα ωοθυλάκια. Το επακόλουθο αυτής της ορμονικής διαταραχής είναι η αιμόρροια εξ αποσύρσεως λόγω υποοιστρογονισμού [, 4]. Οι πιο συνηθισμένες μορφές ανώμαλης ενδομήτριας παθολογίας αναφέρονται ακολούθως: Ανωοθυλακιορρηκτική δυσλειτουργική αιμορραγία, Ωοθυλακιορρηκτική δυσλειτουργική αιμορραγία, Αιμορραγία περί την ωοθυλακιορρηξία, Αιμορραγία από διαταραχή της λειτουργίας του ωχρού σωματίου. Η δυσλειτουργική αιμορραγία είναι τις περισσότερες φορές ανωοθυλακιορρηκτική, οπότε και η αιμορραγία συμβαίνει σε ακανόνιστα χρονικά διαστήματα, η ποσότητα δε του αποβαλλόμενου αίματος ποικίλλει. Το 7% των δυσλειτουργικών αιμορραγιών οφείλονται σε ανωοθυλακιορρηξία και προκαλούνται από μη αντιρροπούμενη έκθεση του ενδομητρίου στα οιστρογόνα [5]. Είναι αποτέλεσμα διαταραχής της κυκλικής έκκρισης των ωοθηκικών ορμονών και της επακόλουθης συνεχούς διέγερσης του ενδομητρίου. Είναι πιθανόν να είναι βαριές ή ελαφριές, συχνές ή σποραδικές. Χαρακτηριστικό του συγκεκριμένου τύπου της δυσλειτουργικής αιμορραγίας είναι ότι το χρονικό μήκος του κύκλου και το πρότυπο αιμορραγίας δεν είναι προβλέψιμο. Σε περιεμμηνόπαυση, σε ασθενείς με μη ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 33

48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ φυσιολογική αιμορραγία και φυσιολογικά ευρήματα στην κλινικοεργαστηριακή εξέταση, η συχνότερη διάγνωση είναι η δυσλειτουργική αιμορραγία [6]. Οι ανωοθυλακιορρηκτικοί κύκλοι λόγω υπεροιστρογονισμού ιστολογικά χαρακτηρίζονται συνήθως από την παραμονή παραγωγικού ενδομητρίου. Το χαρακτηριστικό ιστοπαθολογικό εύρημα των δυσλειτουργικών αιμορραγιών είναι η απουσία εκκριτικού ενδομητρίου. Σημειώνεται ότι ο ακριβής παθοφυσιολογικός μηχανισμός που ευθύνεται για την ιστική απόπτωση και την ανωοθυλακιορρηκτική αιμορραγία δεν είναι απόλυτα σαφής. Πιθανολογείται η συμμετοχή διαταραχών της δομής του επιθηλίου και του στρώματος, διαταραχών της αγγειογένεσης και διαταραχών της αιμόστασης. Η αιμόρροια και η ιστική απόπτωση συνοδεύονται από την απελευθέρωση λυσοσωμιακών πρωτεολυτικών ενζύμων από τα επιθηλιακά, στρωματικά και μεταναστευτικά λευκοκύτταρα και μακροφάγα. Επιπλέον, εμφανίζονται κοκκιώδη κύτταρα του ενδομητρίου και κύτταρα φυσικοί γονείς τα οποία εκκρίνουν περφορίνες. Τέλος, άλλες αιτίες δυσλειτουργικής αιμορραγίας από τη μήτρα με ανωθυλακιορρηξία θεωρούνται η δυσλειτουργία του υποθαλάμου, η υπερπρολακτιναιμία, η πρόωρη απώλεια ωοθηκικής λειτουργίας, η υπερανδρογοναιμία και ο υποθυρεοειδισμός ή υπερθυρεοειδισμός. Η δυσλειτουργική αιμορραγία από τη μήτρα συμβαίνει σπάνια σε ωοθυλακιορρηκτικούς κύκλους. Χαρακτηρίζεται από τακτές εμμηνορρυσίες, οι οποίες έχουν μεγάλη απώλεια αίματος και το 9% της απώλειας συμβαίνει τις τρεις πρώτες ημέρες, όπως ακριβώς στη φυσιολογική εμμηνορρυσία. Σημειώνεται ότι δεν υπάρχει διαταραχή του άξονα υποθάλαμος υπόφυση ωοθήκες και τα επίπεδα τόσο των γοναδοτροπίνων όσο και των οιστρογόνων δεν παρουσιάζουν παθολογικές διακυμάνσεις. Επιπλέον, αποτελεί το % των δυσλειτουργικών ανωμαλιών []. Στις συγκεκριμένες περιπτώσεις, κατά την εμμηνορρυσία έχουμε μεγάλη απώλεια αίματος ή μεγαλύτερη διάρκεια εμμηνορρυσίας, ο χρόνος όμως έλευσης είναι κανονικός. Δεν έχει αποδειχθεί στις ασθενείς με ωοθυλακιορρηκτική δυσλειτουργική αιμορραγία ύπαρξη διαταραχής του μηχανισμού αποδόμησης, απόπτωσης και αναγέννησης του ενδομητρίου. Κύρια παθοφυσιολογική διαταραχή φαίνεται να είναι η κακή ρύθμιση του όγκου του αποβαλλόμενου αίματος κατά τη διεργασία αποδόμησης του ενδομητρίου, η οποία οφείλεται κυρίως σε διαταραχή του μηχανισμού αγγειοσύσπασης και αιμόστασης. Αναφέρεται ότι στο παραγωγικό ενδομήτριο ασθενών με ωοθυλακιορρηκτική δυσλειτουργική αιμορραγία έχουν ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 34

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ ανιχνευτεί διαταραχές της αιματικής ροής, οι οποίες αντανακλούν ή επηρεάζουν λειτουργικές διαταραχές που συμβαίνουν μέσα στον ιστό. Αιμορραγία περί την ωοθυλακιορρηξία σημαίνει σταγονοειδής αιμορραγία στο μέσο φυσιολογικών ωοθυλακιορρηκτικών κύκλων και η οποία εμφανίζεται πολύ συχνά. Το 6% των γυναικών εμφανίζει τέτοιου τύπου αιμορραγία, ενώ το % εμφανίζει σταγονοειδή αιμορραγία. Η συγκεκριμένη αιμορραγία οφείλεται στην απότομη πτώση των οιστρογόνων που παρατηρείται κατά τη διάρκεια καθώς και αμέσως μετά την ωοθυλακιορρηξία. Τις περισσότερες φορές οι ασθενείς την αντιλαμβάνονται ως εμμηνορρυσία, δηλαδή πρόκειται για αιμορραγία εκ διακοπής []. Αιμορραγία από διαταραχή της λειτουργίας του ωχρού σωματίου ορίζεται η βράχυνση ή η επιμήκυνση του βιολογικού χρόνου δράσης του ωχρού σωματίου που είναι δυνατόν να προκαλέσει δυσλειτουργική αιμορραγία. Στην εν λόγω περίπτωση, η ιστολογική διαταραχή είναι η ακανόνιστη απόπτωση του ενδομητρίου. Στην ανεπάρκεια ωχρού σωματίου, παρατηρείται σταγονοειδής αιμόρροια λίγες ημέρες πριν την έναρξη της εμμηνορρυσίας. Η πρόωρη ελάττωση της παραγωγής προγεστερόνης από το ωχρό σωμάτιο έχει ως αποτέλεσμα την αιμορραγία εκ διακοπής προγεστερόνης. Τέλος, στην παρατεταμένη βιολογική δραστηριότητα του ωχρού σωματίου, η δυσλειτουργική αιμορραγία οφείλεται σε διαταραχή της απόπτωσης του ενδομητρίου λόγω παρατεταμένης δράσης προγεστερόνης. Η συγκεκριμένη αιμορραγία έχει συχνά τη μορφή μικρής αιμορραγίας μετά το τέλος της κανονικής εμμηνορρυσίας. Παρόλα αυτά, δεν είναι σπάνια η εμφάνιση μεγάλης αιμορραγίας με τη μορφή μηνορραγίας. Αναφέρεται ότι η αιμορραγία του εν λόγω τύπου οφείλεται σε διαφυγή προγεστερόνης []..5. Καρκίνος του ενδομητρίου Ο καρκίνος του ενδομητρίου είναι ο πιο συχνός γυναικολογικός καρκίνος και αποτελεί το 6% όλων των καρκίνων στις γυναίκες. Αποτελεί έναν ιάσιμο καρκίνο και για να ανιχνευτεί είναι απαραίτητη η λήψη βιοψίας ενδομητρικού ιστού. Προέρχεται από το επιθήλιο των αδένων του ενδομητρίου και είναι η πιο συχνή κακοήθεια που αφορά στο γυναικείο γεννητικό σύστημα στον οικονομικά αναπτυγμένο κόσμο. Κάθε χρόνο υπάρχουν περίπου 88. νέες περιπτώσεις καρκίνου ενδομητρίου σε όλο τον κόσμο, ενώ κατά το ίδιο έτος υπολογίζονται περίπου 74. θάνατοι. Το 8% αφορά ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 35

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ σε μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες με διάμεση ηλικία εμφάνισης τα 6 χρόνια. Ο καρκίνος της μήτρας είναι η δεύτερη πιο συχνή αιτία θνησιμότητας από γυναικολογικό καρκίνο, μετά τον καρκίνο των ωοθηκών. Η πιθανότητα ανάπτυξης καρκίνου του ενδομητρίου είναι στις 4 κατά τη διάρκεια της ζωής. Συνδέεται με την παχυσαρκία, το σακχαρώδη διαβήτη, την υπέρταση, την υπερλιπιδαιμία, την αυξημένη παραγωγή οιστρογόνων, τη μη τεκνοποίηση, τις διαταραχές κύκλου και ανωορρηκτικούς κύκλους, την υπογονιμότητα, την πρώϊμη εμμηναρχή και την καθυστερημένη εμμηνόπαυση, τα φάρμακα όπως η ταμοξιφένη, την υπερπλασία του ενδομητρίου, τη δίαιτα που περιλαμβάνει αυξημένη κατανάλωση ζωϊκού λίπους και πρωτεινών και τη γενετική προδιάθεση και ιδιαίτερα το σύνδρομο LnchII. Η πραγματική αιτία του καρκίνου του ενδομητρίου είναι άγνωστη. Πολλοί από τους παράγοντες που σχετίζονται με την ανάπτυξη όγκου στη μήτρα συνδέονται με την αυξημένη παραγωγή οιστρογόνων σε αυτή. Για αυτόν το λόγο, αυξημένη συχνότητα παρατηρείται στις ακόλουθες κατηγορίες γυναικών: Γυναίκες, στο αίμα των οποίων κυκλοφορούν πολλά οιστρογόνα είτε γιατί δεν έχουν ωορρηξία, όπως στις πολυκυστικές ωοθήκες, είτε διότι λαμβάνουν οιστρογόνα ως θεραπεία ορμονικής υποκατάστασης κατά την εμμηνόπαυση, Παχύσαρκες γυναίκες, Διαβητικές γυναίκες, Γυναίκες που έκαναν πολλές προσπάθειες εξωσωματικής γονιμοποίησης, Γυναίκες που έχουν πολλά χρόνια περίοδο πρόωρη εμμηναρχή και καθυστερημένη εμμηνόπαυση, Γυναίκες που κάνουν θεραπεία με αντιοιστρογόνα για καρκίνο μαστού τα αντιοιστρογόνα σταματούν την ανάπτυξη του καρκίνου του μαστού ενώ αντίθετα έχουν οιστρογονική επίδραση στη μήτρα. Βέβαια η πιθανότητα να αναπτυχθεί καρκίνος στο ενδομήτριο είναι μικρή σε σχέση με αυτό που προσφέρει η εν λόγω θεραπεία στο μαστό της γυναίκας. Παρόλα αυτά, μόνο οι μισές από τις ασθενείς έχουν εμφανείς παράγοντες κινδύνου. Οι άλλες μισές είναι συνήθως χαμηλού κινδύνου, με μέσο βάρος, δεν έχουν κανένα ιστορικό εξωγενούς έκθεσης σε οιστρογόνα και είναι περιεμμηνοπαυσιακές ή νεώτερες από τα 4 έτη. Όπως προαναφέρθηκε, η παχυσαρκία είναι μεταξύ των πιο κοινών παραγόντων κινδύνου για τον καρκίνο του ενδομητρίου. Τα επιδημιολογικά ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 36

51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ στοιχεία από τις χώρες με διαφορετικά ποσοστά παχυσαρκίας υποστηρίζουν τη συγκεκριμένη θεωρία. Η παχυσαρκία θεωρείται ότι αυξάνει τον καρκίνο του ενδομητρίου με διάφορους μηχανισμούς. Στις προεμμηνοπαυσιακές γυναίκες, η παχυσαρκία προκαλεί αντίσταση στην ινσουλίνη, ωοθηκική υπερέκκριση ανδρογόνων, ανωοθυλακιορρηξία και χρόνια ανεπάρκεια προγεστερόνης. Στις μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες, ενισχύει την περιφερειακή μετατροπή των ανδρογόνων σε οιστρογόνα στα περιφερειακά αποθέματα λίπους. Αυτή η ορμονική αλλαγή υποκινεί τον πολλαπλασιασμό των ενδομητρικών κυττάρων, εμποδίζει την απόπτωση και προωθεί την αγγειογένεση [7]. Η παχυσαρκία παραμένει ισχυρός παράγοντας κινδύνου για καρκίνο του ενδομητρίου ακόμα και όταν οι συγκεντρώσεις κυκλοφορούντων οιστρογόνων είναι κανονικές, ίσως λόγω μείωσης των σεξο δεσμευτικών σφαιρίνων με αποτέλεσμα την αύξηση της βιοδιαθεσιμότητας των οιστρογόνων [8]. Έχει αποδειχθεί ότι με διατήρηση ενός κανονικού βάρους και σωματική άσκηση, ο κίνδυνος για καρκίνο του ενδομητρίου μπορεί να μειωθεί σημαντικά [9]. Παράλληλα, η σύνδεση μεταξύ χρήσης μη συζευγμένων οιστρογόνων και ανάπτυξης καρκίνου του ενδομητρίου υποστηρίζεται περαιτέρω από το μειωμένο κίνδυνο στις γυναίκες με μειωμένα επίπεδα οιστρογόνων. Το κάπνισμα εμφανίζεται να μειώνει τον κίνδυνο μέσω της αρνητικής του επίδρασης στην παραγωγή και στο μεταβολισμό οιστρογόνων [3, 3]. Επιπλέον, η εγκυμοσύνη με την έντονη παραγωγή προγεστερόνης από τον πλακούντα προστατεύει από τον καρκίνο του ενδομητρίου. Η πολυτοκία επίσης προστατεύει, ενώ οι άτοκες γυναίκες έχουν αυξημένο κίνδυνο, ιδιαίτερα όταν η στειρότητα είναι επίσης παρούσα [3, 33]. Η προσθήκη της προγεστερόνης στα οιστρογόνα μετριάζει τη δυσμενή επίδραση των οιστρογόνων στο ενδομήτριο. Η συγκεκριμένη θεραπευτική αγωγή μειώνει τον κίνδυνο για καρκίνο του ενδομητρίου στις παχύσαρκες γυναίκες, ειδικά στην περίπτωση που οι δύο ορμόνες συνδυάζονται συνεχώς [34, 35]. Οι γυναίκες με καρκίνο του μαστού διατρέχουν αυξημένο κίνδυνο για καρκίνο του ενδομητρίου, κυρίως λόγω κοινών παραγόντων κινδύνου [36]. Η χρήση ταμοξιφένης στις ασθενείς με καρκίνο του μαστού τριπλασιάζει τον κίνδυνο για καρκίνο του ενδομητρίου και αυξάνει την πιθανότητα για καλοήθεις ενδομητρικούς πολύποδες [37]. Σύμφωνα με τις πρόσφατες μελέτες που προτείνουν βελτιωμένη επιβίωση στις μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες που χρησιμοποιούν αναστολείς ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 37

52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ αρωματάσης, η απόφαση για εναλλακτική ορμονική θεραπεία σε σχέση με την ταμοξιφένη πρέπει να βασίζεται στο προφίλ κινδύνου της κάθε ασθενούς [38]. Ο καρκίνος του ενδομητρίου εμφανίζεται με ανώμαλη αιμορραγία στο 9% των ασθενών. Επομένως, οποιαδήποτε κολπική αιμορραγία σε μια μετεμμηνοπαυσιακή γυναίκα επιβάλλει τον έλεγχο για καρκίνο του ενδομητρίου. Ο καρκίνος του ενδομητρίου βρίσκεται σε περίπου % των ασθενών με μετεμμηνοπαυσιακή αιμορραγία. Σε 4% των ασθενών, μετεμμηνοπαυσιακή αιμορραγία προκαλείται από ενδομήτρια υπερπλασία, ενδομήτριους πολύποδες ή άλλη παθολογία του ενδομητρίου. Στο υπόλοιπο 5 7% των ασθενών, καμία οργανική αιτία δεν βρίσκεται και η μετεμμηνοπαυσιακή αιμορραγία αποδίδεται συχνά στην ενδομήτρια ή κολπική ατροφία [39]. Είναι αποδεδειγμένο ότι ο καρκίνος του ενδομητρίου μπορεί σπάνια να ανιχνευθεί ως συνέπεια ενός παθολογικού test Παπανικολάου. Για αυτόν το λόγο, επειδή το 5% των ασθενών με άτυπα ενδομητρικά κύτταρα στο test Παπανικολάου έχουν πιθανότητα για καρκίνο ενδομητρίου, πρέπει να υποβληθούν στη συνέχεια και σε ενδομήτρια βιοψία. Οι γυναίκες με άτυπα αδενικά κύτταρα πρέπει να υποβληθούν σε ενδομήτρια βιοψία και κολποσκόπηση [4]. Ακόμα και η παρουσία καλοήθων ενδομητρικών κυττάρων στο test Παπανικολάου συνδέεται με καρκίνο του ενδομητρίου σε 6% των ασθενών [4]. Η εξέταση εκλογής για τη διάγνωση του καρκίνου του ενδομητρίου είναι η διαγνωστική απόξεση. Οι λιγότερο επεμβατικές μέθοδοι, συμπεριλαμβανομένης της βιοψίας με συσκευή Cornier Pipelle, η βούρτσα Tao και η αναρροφητική βιοψία Vabra έχουν αναπτυχθεί και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ακίνδυνα σε βάση εξωτερικού ιατρείου χωρίς αναισθησία. Έχει αποδειχθεί ότι η αναρροφητική βιοψία Vabra είναι λιγότερο αποτελεσματική από τη συσκευή Pipelle στη λήψη του ικανοποιητικού ενδομητρικού ιστού για διαγνωστικούς λόγους [4]. Παρόλα αυτά, και η συσκευή Pipelle και η βούρτσα Tao είναι αποδεδειγμένα πολύ ακριβείς στη διάγνωση και του καρκίνου του ενδομητρίου και της ατυπίας. Ο τρόπος διασποράς του καρκίνου του ενδομητρίου εξαρτάται μερικώς από το βαθμό κυτταρικής διαφοροποίησης. Οι καλά διαφοροποιημένοι όγκοι τείνουν να περιορίζουν τη διασπορά τους στην επιφάνεια του ενδομητρίου, ενώ η επέκταση εντός του μυομητρίου είναι λιγότερο συχνή. Στις ασθενείς με όγκους με φτωχή ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 38

53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ διαφοροποίηση, η εισβολή εντός του μυομητρίου εμφανίζεται συχνότερα. Η εισβολή του όγκου εντός του μυομητρίου είναι συχνά ενδεικτική της ύπαρξης λεμφαδενικής διασποράς και απομακρυσμένων μεταστάσεων και είναι συχνά ανεξάρτητη από το βαθμό διαφοροποίησης. Σημειώνεται ότι οι μεταστάσεις στον καρκίνο του ενδομητρίου εμφανίζονται με συγκεκριμένο τρόπο. Μεθίσταται στους πυελικούς και παρα αορτικούς λεμφαδένες. Με βάση τους πιθανούς παθογενετικούς μηχανισμούς καρκινογένεσης διακρίνονται δύο τύποι καρκίνου του ενδομητρίου. Ο τύπος Ι αναπτύσσεται σε γυναίκες με συνεχή και μακροχρόνια επίδραση των οιστρογόνων και συνοδεύεται από πεπαχυσμένο ενδομήτριο. Ο συγκεκριμένος τύπος καρκίνου του ενδομητρίου είναι πολύ πιο συχνός και αντιπροσωπεύει περίπου το 8% του καρκίνου του ενδομητρίου. Ο τύπος ΙΙ παρατηρείται σε γυναίκες μεγαλύτερης ηλικίας, είναι ανεξάρτητος από την ορμονική επίδραση, παρουσιάζεται σε ατροφικό ενδομήτριο και επομένως δε συνοδεύεται από υπερπλασία, ενώ έχει χειρότερη πρόγνωση με περισσότερες πιθανότητες να διηθεί το μυομήτριο κατά τη διάγνωση και μεγαλύτερη συχνότητα μεταστατικής εξάπλωσης σε πυελικούς λεμφαδένες. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 39

54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ Βιβλιογραφία ου Κεφαλαίου [] Σ.Π. Μιχαλάς, Επιτομή Μαιευτική και Γυναικολογικά, Επιστημονικές Εκδόσεις Παρισιανού Α.Ε., Αθήνα,. [] W. Stevens, J. Lowe, Ιστολογία του ανθρώπου, UK, 997. [3] W.B. Saunders Compan, Human Patholog, vol.8, no, 997. [4] F. Jaroslav, W. Parker, M. Surre et al., Management of ovarian masses, Journal of Reproductive Medicine, vol.37, p , 99. [5] F. Howard, Surgical management of benign cstic teratoma: Laparoscop versus laparotom, Journal of Reproductive Medicine, vol.4, p , 995. [6] W. Parker, J. Berek, Management of selected cstic adneal masses in postmenopausal women b operative laparoscop: A pilot stud, Am J Obstet Gnecol, vol.63, p , 99. [7] Χ. Σέγγος, Γυναικολογική Ενδοκρινολογία, Αθήνα, 99. [8] Ε. Σπανίδου Καρβούνη, Ανάπτυξη του ενδομητρίου, 3 ο Πανελλήνιο Σεμινάριο Γυναικολογικής Ενδοκρινολογίας, 993. [9] E. Sternberg, Histolog for pathologists, Raven Press N.Y., p.8 84, 99. [] NM Naim, ZA Mahd, S Ahmad, ZRM Razi, The Vabra aspirator versus the Pipelle device for outpatient endometrial sampling, Aust N Z J Obstet Gnaecol, 47, p.3 36, 7. [] Waugh A, Ross A and Wilson, Anatom and phsiolog in health and illness, th edition, Churchill Livingstone,. [] Γ Καρκαβέλας, Α Οικονόμου, Β Τζιούφα, Στοιχεία γενικής παθολογίας και παθολογικής ανατομικής, Universit studio press, Θεσσαλονίκη, 993. [3] ΧΓ Σέγκος, ΝΘ Μανιάς, Γυναικολογική ενδοκρινολογία, Ιατρικές εκδόσεις Λίτσας, 99. [4] M Livingstone, IS Fraser, Mechanisms of abnormal uterine bleeding, Human Reprod Update, vol.8, p.6 67,. [5] EJ Markee, Menstruation in intraocular endometrial transplants in the Rhesus monke, Contr Embrol Carneg Instn, vol.8, p.9 38, 94. [6] EC Gargett, WA Rogers, Human endometrial angiogenesis, Reproduction, vol., p.8 86,. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ [7] LA Salamonsen, Current concepts of the mechanisms of menstruation: a normal process of tissue destruction, Trends Endocrinol Metab, vol.9, p.35 39, 998. [8] CA Finn, Implantation, menstruation and inflammation, Biol Rev Camb Philos Soc, vol.6, p.33 38, 986. [9] HO Critchle, RW Kell, RM Brenner, DT Baird, The endocrinolog of menstruation: a role for the immune sstem, Clin Endocrinol, vol.55, p.7 7,. [] G. S. Dallenback Hellweg, Histopatholog of the endometrium, Springer Verlag, p.38 47, 98. [] ΑΠ Καλογερόπουλος, Γυναικολογία, Universit studio press, Θεσσαλονίκη, 4. [] AM Gaunt, E Maeau, Diagnosis and management of dsfunctional uterine bleeding, CME Bulletin, The American academ of famil phsicians, vol.6, no 6, 7. [3] ΧΓ Σέγκος, ΝΘ Μανιάς, Γυναικολογική ενδοκρινολογία, Ιατρικές εκδόσεις Λίτσας, 99. [4] I Fraser, H Critchle, M Munro, M Broder, Can we achieve international agreement on terminologies and definitions used to describe abnormalities of menstrual bleeding?, Human reproduction, vol., p , 7. [5] Γ Γαλάζιος, Α Φώτος, Παθογένεια των δυσλειτουργικών μητρορραγιών, Εφηβική γυναικολογία Αναπαραγωγή και Εμμηνόπαυση, vol.8, p. 6, 6. [6] ΙΝ Μπόντης, Βασικές γνώσεις μαιευτικής και γυναικολογίας, Universit studio press, Θεσσαλονίκη, 7. [7] WJ El, MC Kenned, CE Clark, CN Bowdler, Abnormal uterine bleeding: a management algorithm, J Am Board Fam Med, vol.9, p.59 6, 6. [8] LJ Schouten, RA Goldbohm, PA van den Brandt, Anthropometr, phsical activit and endometrial cancer risk: results from the Netherlands cohort stud, J Natl Cancer Inst., 96, p , 4. [9] N Potoschman, RN Hoover, LA Brinton et al, Case control stud of endogenous steroid hormones and endometrial cancer, J Natl Cancer Inst., 886, p.7 35, 996. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ [3] A McTiernan, SS Tworoger, CM Ulrich et al., Effect of eercise on serum estrogens in postmenopausal women: a month randomized clinical trial, Cancer Res, 648, p.93 98, 4. [3] AN Viswanathan, D Feskanich, I De Vivo et al., Smoking and the risk of endometrial cancer: results from the Nurses Health stud, Int J Cancer, 46, p.996, 5. [3] SM Lesko, L Rosenberg, DW Kaufman et al., Cigarette smoking and the risk of endometrial cancer, N Engl J Med, 33, p , 985. [33] H Klip, CW Burger, P Kenemans, FE Van Leeuwen, Cancer risk associated with subfertilit and ovulation induction: a review, Cancer Causes Control, 4, p ,. [34] M Hinkula, E Pukkala, P Kronen, A Kauppila, Grand multiparit and incidence of endometrial cancer: a population based stud in Finland, Int J Cancer, 986, p.9 95,. [35] GL Anderson, HL Judd, AM Kaunitz et al., Women s health initiative investigators. Effects of estrogen plus protein on gnecologic cancers and associates diagnostic procedures: the women s health initiative randomized trial, JAMA, 93, p , 3. [36] T Van Gorp, P Neven, Endometrial safet of hormone replacement therap: review of literature, Maturitas, 4, p.93 4,. [37] EB Harve, LA Brinton, Second cancer following cancer of the breast in Connecticut 935-8, Natl Cancer Inst Monogr, 68, p.99, 985. [38] P Neven, X De Mulder, Y Van Belle, I Van Hoof, G Vandericl, Longitudinal hsteroscopic follow up during tamoifen treatment, Lancet., 35995:36, 998. [39] M Baum, AU Budzar, J Cuzick et al., ATAC Arimide, Tamoifen Alone or in Combination Trialists Group. Anastrozole alone or in combination with tamoifen versus tamoifen alone for adjuvant treatment of postmenopausal women with earl breast cancer: first results of the ATAC randomized trial, Lancet, , p.3 39,. [4] B Karlsson, S Granberg, M Wikland et al., Transvaginal ultrasonograph of the endometrium in women with postmenopausal bleeding a Nordic multicenter stud, Am J Obstet Gnecol, 75, p , 995. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : ΕΝΔΟΜΗΤΡΙΟ [4] TC Wright Jr, JT Co, LS Massad, LB Twiggs, EJ Wilkinson, Consensus guidelines for the management of women with cervical ctological abnormalities, ASCCP Sponsored Consensus Conference, JAMA, 876, p. 9,. [4] HH Wu, MJ Schuetz III, H Cramer, Significance of benign endometrial cells in Pap smears from postmenopausal women, J Reprod Med, 469, p ,. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 43

58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 3 ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 3. Εισαγωγή Στο παρόν κεφάλαιο πραγματοποιείται βιβλιογραφική αναφορά σε μεθόδους που έχουν επεξεργαστεί υστεροσκοπικά δεδομένα και στη συνέχεια παρουσιάζεται αναλυτικά η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την επεξεργασία των υστεροσκοπικών εικόνων ενδομητρίου. Η προτεινόμενη μεθοδολογία περιλαμβάνει 3 κύριες διαδικασίες: α η πρώτη διαδικασία αφορά στην προ επεξεργασία των δεδομένων και συγκεκριμένα στη βελτίωση της ποιότητας των εικόνων, β η δεύτερη αφορά στην εύρεση των εικονοστοιχείων που ανήκουν στους κεντρικούς άξονες των αγγείων και γ η τρίτη αφορά στον υπολογισμό ενός συνόλου χαρακτηριστικών μεγεθών που αναπαριστούν την αγγείωση και την υφή των εικόνων. 3. Βιβλιογραφική επισκόπηση Τα τελευταία χρόνια έχουν πραγματοποιηθεί πολλές προσπάθειες με σκοπό την ανάπτυξη νέων μεθόδων για την επεξεργασία των υστεροσκοπικών εικόνων του ενδομητρίου. Το 869 πραγματοποιείται η πρώτη υστεροσκόπηση σε άνθρωπο. Η εξέλιξη των τηλεσκοπίων με φακούς και η χρήση υγρών, ως μέσο διαστολής της ενδομήτριας κοιλότητας, δίνουν το έναυσμα για την εξέλιξη και την καθιέρωση της υστεροσκόπησης. Η μέθοδος εξαπλώνεται ταχύτατα τη δεκαετία του 7 με τη συστηματική εφαρμογή της στη διάγνωση και στη θεραπεία ενδομήτριων παθήσεων []. Σημαντική προσέγγιση με σκοπό την ανάλυση της υστεροσκοπικής εικόνας του ενδομητρίου πραγματοποιείται το 987 []. Ο van Herendael πραγματοποιεί αγγείο χαρτογράφηση του ενδομητρίου για τις 5 φάσεις του έμμηνου κύκλου. Συγκεκριμένα, παρατηρεί ότι υπάρχουν σημαντικές διαφορές στην πολυπλοκότητα των αγγείων κατά τη διάρκεια των φάσεων του κύκλου και για αυτόν το λόγο ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 44

59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ οδηγείται σε αναγνώριση των αγγείων ανά φάση και κατηγοριοποίηση αυτών με το μάτι. Παράλληλα, ερευνητές προσπαθούν να αυξήσουν τη μεγέθυνση της εικόνας με σκοπό να απεικονιστούν τα διάφορα χαρακτηριστικά του ενδομητρίου, όπως τα αγγεία, με περισσότερες λεπτομέρειες. Όμως, η αξιοπιστία της συγκεκριμένης μεθόδου είναι μικρή αφού τα επεμβατικά εργαλεία είναι σύνηθες να επηρεάζουν τη διάμετρο των αγγείων [3]. Έχοντας ως γνώμονα την έρευνα του Herendael, μια νέα μελέτη πραγματοποιείται στηριζόμενη στην εξέταση και την κατηγοριοποίηση των μεγάλων αγγείων και των μη αγγειακών δομών σε άτομα στα οποία δε διακρίνεται κάποια παθολογία σε σχέση με ασθενείς που εμφανίζουν αιμορραγία [4]. Σημειώνεται ότι έχει αποδειχθεί ότι η μελέτη των υστεροσκοπικών εικόνων παρέχει σημαντική πληροφορία σχετικά με τη συσχέτιση της προγεστερόνης και τη δημιουργία μεγάλων αγγείων καθώς και την ύπαρξη πολυπλοκότερου δικτύου αγγείων. Μελέτες αποδεικνύουν ότι οι παρατηρήσεις των υστεροσκοπικών εικόνων παρέχουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τη μορφολογία των αγγείων με σκοπό την εκτίμηση της λειτουργικής φύσης του ενδομητρίου. Οι συγκεκριμένες παρατηρήσεις στηρίζονται σε μεταβολές στην εμφάνιση των αδένων και της αγγείωσης του ενδομητρίου σε άτομα με φυσιολογική ωορρηξία [5, 6]. Συγκεκριμένα, ο Masamoto και οι συνεργάτες του παρουσίασαν μια μελέτη που βασίζεται στις υστεροσκοπικές εικόνες γυναικών στη μέση εκκριτική φάση του έμμηνου κύκλου [7]. Σκοπός της μελέτης ήταν η ανάλυση των υστεροσκοπικών μετρήσεων κατά το αρχικό στάδιο της εγκυμοσύνης και μετά την εμφύτευση των ωαρίων, καθώς και η σύγκριση των υστεροσκοπικών αποτελεσμάτων με ιστολογικά και ενδοκρινολογικά δεδομένα. Τα αποτελέσματα της μελέτης αποδεικνύουν ότι οι υστεροσκοπικές μετρήσεις στη μέση εκκριτική φάση του έμμηνου κύκλου αποτελούν πιο έγκυρο παράγοντα πρόγνωσης της ύπαρξης εγκυμοσύνης σε σχέση με τις ορμονικές εξετάσεις. Ο Emanuel και οι συνεργάτες του παρουσίασαν μια μέθοδο κατά την οποία πραγματοποιείται επεξεργασία της υστεροσκοπικής εικόνας με τη λεπτομερή περιγραφή χαρακτηριστικών όπως το χρώμα, τη διάταξη και την κατεύθυνση των αγγείων, την ανάπτυξη ή μη νεοαγγείωσης, με σκοπό τα παραπάνω χαρακτηριστικά να αποτελούν δείκτη της ενδομήτριας παθολογίας και να επιτυγχάνεται διάκριση ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 45

60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ μεταξύ του καρκίνου ενδομητρίου και του φυσιολογικού ενδομητρίου [8]. Σε μια άλλη έρευνα, ο Tantbirojn και οι συνεργάτες του πραγματοποίησαν επεξεργασία εικόνας υστεροσκοπίου με σκοπό τη βελτίωση της απεικόνισης της ενδομητρικής κοιλότητας ώστε να εμφανίζονται με μεγαλύτερη ακρίβεια τα αγγεία και τα χαρακτηριστικά αυτών, όπως το πλήθος τους, το πλήθος των διακλαδώσεων, η μορφολογία, χωρίς όμως να ποσοτικοποιείται η εν λόγω πληροφορία [9]. Μια μέθοδο που μελετά την υφή του ενδομητρικού ιστού εικόνων που έχουν ληφθεί από καθορισμένη απόσταση και υπό συγκεκριμένη γωνία παρουσίασε ο Zola και οι συνεργάτες του με σκοπό τη διάκριση των εικόνων φυσιολογικού ενδομητρίου και παθολογικού ιστού σε περιπτώσεις καρκίνου του ενδομητρίου []. Μολονότι τα αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά με τη συγκεκριμένη μέθοδο, το μοντέλο δεν ήταν δυνατόν να λειτουργήσει παρά μόνο εάν ο ειδικός καθορίζε τις περιοχές ενδιαφέροντος μέσα στο ενδομήτριο. Επιπλέον, ο Hicke και οι συνεργάτες του παρουσίασαν μια μέθοδο για τον ακριβή προσδιορισμό της διαμέτρου των μεγάλων αγγείων του ενδομητρίου στις γυναίκες με αυθόρμητη αιμορραγία []. Παράλληλα, ο Zola και οι συνεργάτες του παρουσίασαν μια ακόμη μελέτη όσον αφορά στην υστεροσκοπική ανάλυση καλοήθων ή κακοήθων όγκων του ενδομητρίου με σκοπό τη συσχέτιση των μετρήσεων με την αύξηση της πιθανότητας ύπαρξης κακοήθειας []. Στο σημείο αυτό, αναφέρεται ότι ο Sugimoto και οι συνεργάτες του παρουσίασαν τη συσχέτιση συνδεδεμένη με τη μορφολογία των όγκων του ενδομητρίου, στηριζόμενοι σε ένα συγκεκριμένο πλήθος κριτηρίων [3]. Παράλληλα, ο Gavião και οι συνεργάτες του παρουσίασαν μια μέθοδο στηριζόμενοι στην ανάλυση υστεροσκοπικού video του ενδομητρίου [4]. Η συγκεκριμένη τεχνική αναλύει εικόνες video βασιζόμενη σε στατιστικές μεθόδους, και πλεονεκτεί σε σχέση με τις προηγούμενες μελέτες λόγω της ύπαρξης πολλών εικόνων του ενδομητρίου, οι οποίες μπορούν να παρουσιάσουν το ενδομήτριο από πολλές διαφορετικές γωνίες. Ο Neophtou και οι συνεργάτες του παρουσίασαν ένα πρωτόκολλο για την ανάλυση των ενδοσκοπικών εικόνων [5]. Εικόνες του ενδομητρίου λαμβάνονται με την ενδοσκοπική κάμερα και επεξεργάζονται με κατάλληλη μέθοδο για να αφαιρεθεί πιθανός θόρυβος. Στη συνέχεια, ένα πλήθος χαρακτηριστικών υφής υπολογίζεται και ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 46

61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ τα αποτελέσματα των μετρήσεων αποδεικνύουν ότι υπάρχει σημαντική διαφορά μεταξύ των εικόνων ενδομητρίου που αφορούν σε ασθενείς και σε υγιή άτομα. Επιπλέον, οι εν λόγω ερευνητές προτείνουν την κατηγοριοποίηση των υστεροσκοπικών εικόνων του ενδομητρίου βάση χαρακτηριστικών υφής με σκοπό την ανίχνευση καρκίνου με αποτελέσματα αρκετά ικανοποιητικά [6]. Παράλληλα, προτείνουν την κατηγοριοποίηση των υστεροσκοπικών εικόνων του ενδομητρίου σε παθολογικές και μη παθολογικές εικόνες στηριζόμενοι σε μετρήσεις χαρακτηριστικών υφής καθώς και στις μεταβολές του χρώματος μέσα στην εικόνα [7]. 3.3 Υστεροσκοπικά Δεδομένα 3.3. Υστεροσκόπηση Η υστεροσκόπηση είναι η μέθοδος άμεσης ενδοσκόπησης της ενδοτραχηλικής και ενδομητρικής κοιλότητας με ειδικά οπτικά όργανα, τα λεγόμενα ενδοσκόπια, μετά από διάταση της με αέρια ή υγρά, τα οποία διοχετεύονται στη μήτρα από ειδικά μηχανήματα. Επιπρόσθετα, η υστεροσκόπηση χρησιμοποιείται για εκτέλεση διαφόρων χειρουργικών επεμβάσεων στην ενδομητρική κοιλότητα με χρήση μεταλλικών εργαλείων μικροχειρουργικής, μηχανημάτων παροχής μονοπολικού ηλεκτρικού ρεύματος και ακτίνων laser. Αναλυτικά, η διαγνωστική υστεροσκόπηση είναι μια επέμβαση που πραγματοποιείται χωρίς ολική ή τοπική αναισθησία. Λαμβάνει χώρα ακόμα και στο ιατρείο και έχει ως στόχο την καλύτερη παρακολούθηση των αναπαραγωγικών οργάνων της γυναίκας. Αναφέρεται ότι η υστεροσκοπική εξέταση προσφέρει την ευκαιρία στον ιατρό για ολική και άμεση παρακολούθηση των οργάνων της γυναίκας. Σήμερα, η υστεροσκοπική εξέταση είναι περισσότερο διαγνωστική μέθοδος και όχι επεμβατική. Αναμφισβήτητα, η βελτίωση του υστεροσκοπικού εξοπλισμού και η μείωση της διαμέτρου των υστεροσκοπίων έχει ανάγει την υστεροσκόπηση σε μια διαγνωστική μέθοδο, η οποία λαμβάνει χώρα σε επίπεδο ιατρείου, χωρίς να προκαλεί πόνο στις ασθενείς. Για αυτόν το λόγο, η υστεροσκόπηση έχει εξελιχθεί σε θεμελιώδη εξέταση για την προσέγγιση της ενδομήτριας κοιλότητας στην καθημερινή κλινική πράξη. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 47

62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Η υστεροσκόπηση είναι προτιμότερο να επιχειρείται στην παραγωγική φάση του κύκλου της ασθενούς γιατί στην εν λόγω φάση το ενδομήτριο είναι λεπτό, η ενδομητρική κοιλότητα δεν έχει θρόμβους αίματος και θραύσματα ενδομητρικού ιστού, και ταυτόχρονα ο ισθμός παρουσιάζει υποτονία των μυϊκών ινών του και είναι εύκολη η διάβαση του [8, 9]. Πριν την έναρξη της εξέτασης, είναι απαραίτητο να πραγματοποιείται έλεγχος της λειτουργικότητας όλων των εξαρτημάτων του υστεροσκοπικού εξοπλισμού και στη συνέχεια λήψη του ιατρικού ιστορικού της ασθενούς. Κατόπιν, είναι υποχρεωτικό να πραγματοποιείται καθαρισμός του κόλπου και του τραχήλου με φυσιολογικό ορό ή με αφρίζον αντισηπτικό καθαριστικό. Ακολούθως, θα πρέπει να ασκείται ήπια πίεση στο ύψος του πυθμένα της μήτρας ώστε να αποφεύγεται η δημιουργία λάθους οδού και τελικά η διάτρηση της μήτρας ή ο τραυματισμός του βλεννογόνου που επιφέρει αιμορραγία και άλγος στην ασθενή. Μετά την είσοδο του υστεροσκοπίου διά του ισθμού της μήτρας, χρειάζονται λίγα δευτερόλεπτα για να διαταθεί η κοιλότητα και να υπάρχει πανοραμική απεικόνιση της ενδομήτριας κοιλότητας. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται στη διαγνωστική υστεροσκόπηση είναι η κλασική και η ατραυματική ή «Vaginoscopic approach» []. Η πρώτη απαιτεί την εφαρμογή του μητροσκοπίου του Sims και συχνά της μονοδοντωτής λαβίδας για σύλληψη και έλξη του εξωτραχήλου. Στο σημείο αυτό, αναφέρεται ότι με την κλασική υστεροσκόπηση, δεν είναι δυνατή η επισκόπηση του κολπικού επιθηλίου. Η ελάττωση της διαμέτρου των υστεροσκοπίων επέτρεψε την εφαρμογή της τεχνικής «Vaginoscopic approach» []. Με την εν λόγω τεχνική, η εισαγωγή του υστεροσκοπίου επιχειρείται χωρίς τη χρήση μητροσκοπίου και λαβίδας, ενώ με μια γάζα πραγματοποιείται σύγκλιση των χειλέων του αιδοίου ώστε να αποφεύγεται η διαφυγή του μέσου διάτασης. Με το συγκεκριμένο τρόπο διατείνονται τα κολπικά τοιχώματα και είναι δυνατή η επισκόπηση του κολπικού επιθηλίου και διακρίνεται το έξω τραχηλικό στόμιο. Με την εφαρμογή του υστεροσκοπίου στο έξω τραχηλικό στόμιο αρχίζει και η διάταση της ενδομητρικής κοιλότητας. Τα σαλπιγγικά στόμια χρησιμεύουν ως οδηγά σημεία. Ο πλήρης έλεγχος της κοιλότητας απαιτεί την απλή περιστροφή του υστεροσκοπίου, 3 ο γύρω από τον άξονα του χωρίς πλάγιες μετατοπίσεις του οργάνου. Η πανοραμική εικόνα λαμβάνεται με την αργή απόσυρση του οργάνου, οπότε και επισκοπείται και το τραχηλικό κανάλι. Στο σημείο αυτό, ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 48

63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ τονίζεται ότι η κλασική μέθοδος υστεροσκόπησης είναι πιο επώδυνη από ότι η «Vaginoscopic approach». Κατά την υστεροσκόπηση, πρόβλημα θεωρείται και η πιθανή στένωση του τραχηλικού στομίου. Επιπλέον, κατά την υστεροσκοπική εξέταση της ενδομητρικής κοιλότητας είναι πιθανό να διαπιστωθεί ήπια αιμορραγία της ασθενούς, γεγονός που αποτελεί αντένδειξη για την εκτέλεση της υστεροσκόπησης []. Παράλληλα, υπάρχουν περιπτώσεις όπου κατά την υστεροσκοπική εξέταση παρατηρείται διαφυγή του μέσου διάτασης. Η συγκεκριμένη διαφυγή μέσω του τραχηλικού στομίου μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας υστεροσκόπιο μεγαλύτερης διαμέτρου ή ειδικών αγκίστρων που μειώνουν τη διάμετρο του έξω τραχηλικού στομίου [3]. Η χρήση υστεροσκοπίων απλής ροής και υγρών χαμηλού ιξώδους απαιτεί συνήθως μεγαλύτερη διάμετρο του τραχήλου που επιτρέπει τη συνεχή άρδευση της ενδομητρικής κοιλότητας και τη διαφυγή του υγρού από τον τράχηλο [4]. Τέλος, αναφέρεται ότι υπάρχουν και άλλες μέθοδοι πραγματοποίησης της υστεροσκόπησης, όπως η υστεροσκόπηση εξ επαφής και η μικροκολποϋστεροσκόπηση. Η εξ επαφής υστεροσκόπηση πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά το 966 και με τη συγκεκριμένη μέθοδο δε γίνεται διάταση της ενδομήτριας κοιλότητας. Παρόλα αυτά, η εν λόγω μέθοδος δεν έτυχε ευρείας αποδοχής. Παράλληλα, η μικροκολποϋστεροσκόπηση παρουσιάστηκε το 98 και είναι μια αρκετά διαδεδομένη μέθοδος για την εξέταση του τραχήλου, ενδοτραχήλου και ενδομητρίου [5]. Η εν λόγω μέθοδος αποτελεί συνδυασμό κλασικής και εξ επαφής υστεροσκόπησης και επιτρέπει την εξέταση των αγγείων και των κυττάρων του ενδοτραχήλου και του ενδομητρίου. Πλεονέκτημα αυτής είναι ότι πρόκειται για ένα επιπλέον διαγνωστικό εργαλείο της κυτταρολογίας, της ιστολογίας και της κολποσκόπησης, το οποίο παρέχει τη διαγνωστική θεώρηση και τον έλεγχο της τοπογραφίας της ύποπτης περιοχής, ώστε να πραγματοποιούνται εντοπισμένα οι βιοψίες Εξοπλισμός υστεροσκόπησης Η διαγνωστική υστεροσκόπηση πραγματοποιείται στο χώρο του ιατρείου, χωρίς να είναι απαραίτητη η χρήση αναλγητικών ή αναισθητικών φαρμάκων ή η διάταση του ενδοτραχηλικού καναλιού. Η ύπαρξη του υστεροσκοπικού πύργου θεωρείται μόνο απαραίτητη για την πραγματοποίηση της υστεροσκόπησης. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 49

64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Εικόνα 3.. Υστεροσκοπικός πύργος [ Ο υστεροσκοπικός πύργος αποτελείται από ένα σύστημα καταγραφής της εικόνας και ένα σύστημα παροχής των μέσων διάτασης. Το σύστημα καταγραφής της εικόνας διακρίνεται σε τρία τμήματα, στην οθόνη, στην κάμερα και στην πηγή φωτισμού. Αναφέρεται ότι η ανάλυση της εικόνας στην οθόνη πρέπει να είναι υψηλή. Παράλληλα, η κάμερα που χρησιμοποιείται αποτελείται από 3 διακριτά μέρη. Το πρώτο μέρος είναι το τμήμα σύνδεσης με το video, ο λεγόμενος προσαρμογέας που έχει οπτική και μηχανική λειτουργία. Η οπτική λειτουργία είναι η εστίαση της εικόνας στο CCD προκειμένου να υπάρχει καθαρή εικόνα στην οθόνη, και η μηχανική λειτουργία είναι η σύνδεση της κεφαλής της κάμερας με το υστεροσκόπιο [6, 7]. Η κεφαλή της κάμερας περιέχει το CCD, συλλαμβάνει την εικόνα και τη μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα. Στη συνέχεια, ο επεξεργαστής, η ηλεκτρονική μονάδα που επεξεργάζεται το ηλεκτρικό σήμα από το CCD, παράγει ένα σήμα εξόδου από το video, το οποίο αναπαράγεται στην οθόνη. Όσον αφορά στις πηγές φωτισμού, πρέπει να πραγματοποιηθεί διάκριση μεταξύ των πηγών αλογόνου και enon. Αναφέρεται ότι οι πηγές με enon είναι αρκετά ισχυρές, παράγοντας ένα μπλε και έντονο φως. Είναι υποχρεωτική η χρήση τους όταν χρησιμοποιούνται υστεροσκόπια διαμέτρου 3 mm προκειμένου να υπάρχει επαρκής φωτισμός στην οθόνη [8]. Όταν χρησιμοποιείται η πηγή enon, τα 75 W επαρκούν, ενώ όταν χρησιμοποιούνται πολύ μικρά ενδοσκόπια χρειάζεται ισχύς 3 W. Το φως μεταδίδεται με τη βοήθεια καλωδίων διαμέτρου από 3,5 έως 4,5 mm και μήκους από 8 έως 35 cm. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Τα συστήματα παροχής των μέσων διάτασης είναι διαφορετικά για το CO και διαφορετικά για τα υγρά μέσα διάτασης. Οι συσκευές παροχής διοξειδίου αποτελούν έναν ηλεκτρονικό τρόπο διατήρησης της παροχής του CO με ροή 3 6 ml/min και πίεση mm Hg. Με το συγκεκριμένο τρόπο, διατηρείται η ενδομητρική πίεση στα 8 mm Hg. Η εν λόγω συσκευή είναι συνδεδεμένη με μια φιάλη CO. Όσον αφορά στα συστήματα παροχής των υγρών μέσων διάτασης, υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι, ένα σύστημα που λειτουργεί με τη δύναμη της βαρύτητας, το σύστημα cuff και ένα ηλεκτρονικό σύστημα παροχής υγρών αντλία. Στην πρώτη περίπτωση τοποθετείται το υγρό σε ύψος περίπου 9 cm πάνω από το περίνεο της ασθενούς, ώστε να είναι δυνατή η μέτρηση των υγρών. Η πίεση θα πρέπει να διατηρηθεί γύρω στα 8 mm Hg, περίπου. Επιπλέον, το ηλεκτρονικό σύστημα παροχής υγρών απαιτεί τη χρήση ειδικά σχεδιασμένων αντλιών παροχής για υστεροσκόπηση επιτρέποντας στο χειρούργο να εργαστεί με κατάλληλες συνθήκες διάτασης της ενδομητρικής κοιλότητας. Συγκεκριμένα, ο μηχανισμός λειτουργίας τους περιγράφεται ακολούθως. Ένας θάλαμος πίεσης εντός του σωλήνα του υστεροσκοπίου κάνει δυνατή την ακριβή μέτρηση της ενδομητρικής πίεσης [8]. Είναι δυνατόν πριν την επέμβαση να οριστεί η επιθυμητή πίεση και η ροή, καθώς και η μέγιστη αποδεκτή χορήγηση υγρών. Η αντλία είναι δυνατόν να συνδεθεί με το σύστημα του video προκειμένου να καταγραφούν οι ενδείξεις της στην οθόνη. Η συλλογή των υγρών που εξέρχονται από την ασθενή επιτρέπει στο μηχάνημα να κάνει υπολογισμό των χορηγούμενων και των αποβαλλόμενων προκειμένου να επιτευχθεί η σωστή ρύθμιση για να μη διαταραχθεί η ηλεκτρολυτική ισορροπία [8, 9]. Η υστεροσκόπηση αποτελεί μέθοδο εξέτασης της ενδομητρικής κοιλότητας, γεγονός που σημαίνει ότι ο υστεροσκόπος πρέπει να διατείνει την κοιλότητα της μήτρας προκειμένου να διατηρούνται τα τοιχώματα διευρυμένα ώστε να είναι ορατό το εσωτερικό τους. Η σωστή χρήση του μέσου διάτασης θεωρείται θεμελιώδους σημασίας για την επίτευξη της υστεροσκόπησης. Αναφέρεται ότι τα πιο συχνά διαδεδομένα μέσα διάτασης διακρίνονται στα υγρά και στα αέρια. Από τα αέρια μέσα διάτασης χρησιμοποιείται το CO λόγω της διάχυσης και της διαλυτότητας του συγκεκριμένου μέσου. Επιπλέον, είναι άχρωμο, χωρίς παρενέργειες για τις ασθενείς, μη εύφλεκτο και με καλή διαλυτότητα στο νερό. Όσον αφορά στα υγρά μέσα διάτασης, τα συγκεκριμένα μέσα διακρίνονται στα υψηλού μοριακού βάρους και στα χαμηλού μοριακού βάρους υγρά. Το μέσο διάτασης υψηλού μοριακού βάρους είναι ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ διάλυμα δεξτράνης 3% μοριακού βάρους. Το πλεονέκτημα του διαλύματος δεξτράνης είναι ότι επιτρέπει τη μεταφορά του φωτός, δεν αναμιγνύεται με το αίμα και είναι διαθέσιμο [3]. Παρόλα αυτά, το μεγάλο του ιξώδες κάνει δύσκολη την παροχή του υγρού και απαιτεί ειδική αντλία παροχής, ενώ η καθαριότητα των εργαλείων γίνεται πιο δύσκολα και απαιτεί ζεστό νερό ώστε να αποφευχθεί η κρυσταλλοποίηση. Παράλληλα, στα διαλύματα χαμηλού μοριακού βάρους, πρέπει να γίνει διάκριση μεταξύ αυτών που είναι ηλεκτρολυτικά και των μη ηλεκτρολυτικών. Στα ηλεκτρολυτικά διαλύματα συμπεριλαμβάνονται το διάλυμα δεξτρόζης 5 και %, δεξτράνης 4 και 6% και ο φυσιολογικός ορός. Αναφέρεται ότι τα υπέρτονα, μη ηλεκτρολυτικά διαλύματα, όπως η γλυκίνη, η σορβιτόλη και η μανιτόλη, χρησιμοποιούνται στην επεμβατική υστεροσκόπηση, αφού δεν είναι τόσο τοξικά, δεν επηρεάζουν τη μεταφορά του ηλεκτρικού ρεύματος και επιπλέον παρέχουν καλή υστεροσκοπική εικόνα. Ο κύριος λόγος για την επιλογή των ελευθέρων από ηλεκτρολύτες διαλυμάτων είναι η εφαρμογή μονοπολικού ρεύματος στην υστεροσκοπική χειρουργική. Οι τελευταίες έρευνες αποδεικνύουν ότι ο φυσιολογικός ορός υπερτερεί ως διατασικό μέσο σε σχέση με το CO. Είναι αποδεδειγμένο ότι τόσο ο φυσιολογικός ορός όσο και το CO είναι ικανοποιητικά για την πραγματοποίηση της διαγνωστικής υστεροσκόπησης με τη διαφορά ότι ο φυσιολογικός ορός είναι καλύτερο μέσο αφού δίνει τη δυνατότητα να ελεγχθούν και να γίνουν ορατές περιοχές του ενδομητρίου που δεν είναι διακριτές διαφορετικά και οι οποίες χαρακτηρίζονται ως υποκλινικές αλλοιώσεις. Οι παραπάνω διαπιστώσεις κάνουν σαφές ότι η υστεροσκόπηση με υγρά μέσα διάτασης φέρει τον κίνδυνο να προκαλέσει ως σοβαρότερη επιπλοκή την υπερφόρτωση με υγρά. Σε κάθε διαγνωστική, αλλά κυρίως επεμβατική υστεροσκόπηση, ποσότητα του χορηγούμενου μέσου διάτασης περνά στην κυκλοφορία της ασθενούς μέσω λεμφικών αγγείων και φλεβικών στελεχών. Συγκεκριμένα, μικρή ποσότητα υγρού εξέρχεται μέσω των σαλπιγγικών στομίων στην περιτοναϊκή κοιλότητα. Η ποσότητα του απορροφούμενου υγρού εξαρτάται από την ενδομήτρια πίεση και τη διάρκεια της επέμβασης. Αναφέρεται ότι ακόμα και στις περιπτώσεις που το ενδομήτριο παραμένει άθικτο, πραγματοποιείται απορρόφηση υγρών από τον οργανισμό. Επιπλέον, σε περιπτώσεις διάτρησης της μήτρας η ποσότητα του υγρού που απορροφάται από το περιτόναιο μεγαλώνει. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε καθυστερημένη μετεγχειρητική ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ εμφάνιση της υποτονικής υπερενυδάτωσης. Στις εν λόγω περιπτώσεις, το εξερχόμενο υγρό πρέπει να αναρροφηθεί με λαπαροσκόπηση ή με παρακέντηση υπό υπερηχογραφικό έλεγχο. Τα υστεροσκόπια που χρησιμοποιούνται διακρίνονται στα άκαμπτα, εύκαμπτα και ημι εύκαμπτα. Ο εξοπλισμός των άκαμπτων υστεροσκοπίων αποτελείται από τρία κύρια μέρη και τα οποία είναι το ενδοσκόπιο που μεταφέρει υψηλής ποιότητας εικόνα, το διαγνωστικό χιτώνα για την κυκλοφορία του μέσου διάτασης και το κανάλι εργασίας [3]. Η διαγνωστική υστεροσκόπηση επιχειρείται είτε με συνεχόμενη είτε με απλή ροή του μέσου διάτασης, ενώ η επεμβατική υστεροσκόπηση συνήθως απαιτεί συνεχή ροή. Ένας ασκός πίεσης ή ένα μηχάνημα αυτόματης παροχής υγρού ή αερίου μέσου διάτασης εφαρμόζεται σε μια υποδοχή του χιτώνα προκειμένου να διατηρηθεί συνεχής πίεση παροχής, η οποία θα διατηρήσει τη διάταση της ενδομητρικής κοιλότητας μέχρι να ολοκληρωθεί η επέμβαση. Στη διαγνωστική υστεροσκόπηση χρησιμοποιούνται συνήθως υστεροσκόπια με διεύθυνση όρασης 3 ο τα οποία επιτρέπουν με την απλή περιστροφή του οργάνου την επισκόπηση όλης της ενδομήτριας κοιλότητας [3]. Στην επεμβατική υστεροσκόπηση χρησιμοποιούνται υστεροσκόπια με γωνία ο τα οποία επιτρέπουν τον καλύτερο έλεγχο της θέσης του ηλεκτροδίου. Η διάμετρος των υστεροσκοπίων είναι από,4 έως 4 mm. Αναλυτικά, τα υστεροσκόπια λαμβάνουν την εικόνα και τη μεταφέρουν με ένα σύστημα κυλινδρικών φακών, οι οποίοι διατηρούν τη φωτεινότητα και επιτρέπουν την εφαρμογή κάμερας και video. Τα σύγχρονα υστεροσκόπια που χρησιμοποιούνται έχουν εξωτερική διάμετρο μικρότερη των 3 mm όπου η διάμετρος του υστεροσκοπίου είναι,6 mm και του εξωτερικού χιτώνα 3, mm. Παρόλο που το πεδίο όρασης περιορίζεται από τη μικρή διάμετρο του υστεροσκοπίου, αυτό επιτρέπει μεγαλύτερη ελευθερία κινήσεων στον υστεροσκόπο και εφαρμογή του οργάνου σε όλες τις ασθενείς χωρίς διαστολή του τραχήλου. Επίσης, υπάρχει και ένα κανάλι εργασίας διαμέτρου 7 Fr κατασκευασμένο με πλαστικό που δίνει τη δυνατότητα εισαγωγής ημι εύκαμπτων εργαλείων για επεμβάσεις [33]. Οι χιτώνες που χρησιμοποιούνται εξαρτώνται από το είδος της επέμβασης που γίνεται καθώς και από τη διάμετρο του υστεροσκοπίου. Για ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 53

68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ διαγνωστικούς σκοπούς εφαρμόζονται χιτώνες διαμέτρου από,7 έως 5,5 mm, ενώ για την επεμβατική υστεροσκόπηση εφαρμόζονται χιτώνες με διάμετρο από 4,7 έως 9 mm. Στο χιτώνα εφαρμόζεται το σύστημα παροχής του μέσου διάτασης καθώς και το καλώδιο οπτικών ινών για μεταφορά του φωτισμού. Αναφέρεται ότι οι χιτώνες φέρουν τα κανάλια εργασίας μέσω των οποίων εισέρχονται διάφορα ηλεκτρόδια για επεμβατική υστεροσκόπηση [34]. Τα εύκαμπτα υστεροσκόπια αποτελούνται από ένα τμήμα ελέγχου το οποίο κρατά ο ενδοσκόπος και έχει ένα μοχλό, όπου με την αλλαγή της θέσης του μοχλού, το άκρο του υστεροσκοπίου μετακινείται ανάλογα. Διαθέτουν έναν αγωγό εισόδου που βρίσκεται μεταξύ του τμήματος ελέγχου και του τμήματος απόκλισης, ενώ καλύπτεται με ένα συνθετικό χιτώνα. Το τμήμα απόκλισης των υστεροσκοπίων είναι το πιο απομακρυσμένο τμήμα του, συνδέεται με το τμήμα ελέγχου και καλύπτεται με ελαστικό. Επίσης, έχουν τον οδηγό μεταφοράς φωτισμού, καλώδιο που αποτελείται από τις οπτικές ίνες και συνδέει το υστεροσκόπιο με τη φωτεινή πηγή. Επιπλέον, τα εύκαμπτα υστεροσκόπια όπως και τα άκαμπτα λαμβάνουν την εικόνα που παίρνουν από το άκρο τους. Η μετάδοση της εικόνας επιτυγχάνεται με τη βοήθεια οπτικών ινών. Οι οπτικές ίνες είναι κατασκευασμένες από γυαλί και έχουν την ικανότητα ανεξάρτητα της κάμψης τους να μεταδίδουν το φως στην ίδια κατεύθυνση. Ένα εύκαμπτο υστεροσκόπιο αποτελείται από. ίνες, οι οποίες είναι διατεταγμένες σε συνδεόμενες δέσμες και οι οποίες έχουν την ίδια διάταξη των ινών και στα δύο άκρα του υστεροσκοπίου προκειμένου να γίνει η αναπαραγωγή της εικόνας [35]. Τα εύκαμπτα υστεροσκόπια αναλόγως της διαμέτρου τους διακρίνονται στα διαγνωστικά με εξωτερική διάμετρο 3, mm και εσωτερικό κανάλι, mm και τα επεμβατικά με εξωτερική διάμετρο 4,9 mm. Αναφέρεται ότι το μεγαλύτερο κανάλι επιτρέπει την είσοδο λαβίδων βιοψίας και σύλληψης. Τα ημι εύκαμπτα υστεροσκόπια χρησιμοποιώντας ψηφιακές οπτικές ίνες με διοπτρική διόρθωση, είναι τα απλής ροής,4 mm και τα συνεχόμενης ροής 3,5 mm που χρησιμοποιούνται στη διαγνωστική υστεροσκόπηση και 4,7 5,5 mm συνεχόμενης ροής για την επεμβατική υστεροσκόπηση. Η οπτική ενός ενδοσκοπίου μεταφέρει δέσμες φωτός που διατρέχουν όλο το μήκος του και από την πηγή εξωτερικού φωτισμού μεταδίδεται και φωτίζει την ενδομητρική κοιλότητα. Στα άκαμπτα υστεροσκόπια, η εικόνα μεταδίδεται στο ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 54

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ προσοφθάλμιο άκρο του οργάνου με ένα σύστημα φακών που τοποθετούνται σε σειρά σύμφωνα με τους ραβδοειδείς φακούς του Hopkins [36]. Το πλεονέκτημα του εν λόγω συστήματος είναι η υψηλή ανάλυση και η καλή ποιότητα εικόνας. Ενώ, το μειονέκτημα είναι η δυσκολία σχεδιασμού μικρής διαμέτρου υστεροσκοπίων, μικρότερης των 3 mm, αφού εφόσον χρησιμοποιείται ως πηγή φωτισμού λυχνία αλογόνου, ο παραγόμενος φωτισμός δεν επαρκεί για την επισκόπηση της ενδομήτριας κοιλότητας. Αναμφισβήτητα, τα εύκαμπτα και τα ημι εύκαμπτα αποτελούν τα είδη υστεροσκοπίου με τα λιγότερα μειονεκτήματα. Η μεταφορά του φωτός γίνεται με εύκαμπτες οπτικές ίνες, ενώ υπάρχουν μόνο δύο φακοί στο προσοφθάλμιο και στο απομακρυσμένο άκρο του οργάνου. Η ποιότητα και η ανάλυση της εικόνας δεν είναι μεγάλη συγκριτικά με το σύστημα φακών του Hopkins. Η ανάλυση της εικόνας εξαρτάται από τη διάμετρο των οπτικών ινών και ο αριθμός των ινών καθορίζει το μέγεθος της περιοχής που επισκοπείται. Με τις βελτιώσεις του σχεδιασμού και της τεχνολογίας, 5. οπτικές ίνες μπορούν να τοποθετηθούν εντός ενός υστεροσκοπίου διαμέτρου mm. Η συγκεκριμένη οπτική των 3 mm μπορεί να μετατραπεί σε επεμβατικό υστεροσκόπιο με την προσθήκη ενός χιτώνα και η μέγιστη διάμετρος του οργάνου να μην ξεπερνά τα 5 mm. Με αυτόν το χιτώνα, είναι εφικτή η εισαγωγή ψαλιδιών, λαβίδων σύλληψης και βιοψίας και ηλεκτροδίου μονοπολικού ρεύματος. Με αυτόν τον τρόπο, το υστεροσκόπιο μετατρέπεται σε ημι εύκαμπτο [37]. Όπως έχει αναφερθεί προηγουμένως, η υστεροσκόπηση μπορεί να είναι και επεμβατική. Οι πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται στην επεμβατική υστεροσκόπηση είναι η μονοπολική, η διπολική, το laser και η γεννήτρια versapoint. Το επεμβατικό υστεροσκόπιο συνδέεται με τη μονοπολική γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος, η οποία είναι συνδεδεμένη με ακουστικό συναγερμό. Το ρεύμα περνάει από το ηλεκτρόδιο στον ιστό, στη συνέχεια από τη γείωση, η οποία στη συγκεκριμένη περίπτωση τοποθετείται στην ασθενή και τελικά επιστρέφει στη γεννήτρια. Με τη βοήθεια της μονοπολικής διαθερμίας επιτυγχάνεται η αμιγής διατομή του ιστού, η οποία χαρακτηρίζεται από διατομή του ιστού χωρίς καμία θερμική βλάβη στους διπλανούς ιστούς, με αποτέλεσμα οι ιστοί να διαχωρίζονται με ακρίβεια. Παρόλα αυτά, η μονοπολική ενέργεια δεν είναι άμοιρη επιπλοκών, αφού εκτός από την πρόκληση θερμικού εγκαύματος στους ιστούς, το ρεύμα μπορεί να επιστρέψει στη γεννήτρια μέσω άγνωστης οδού. Για αυτόν το λόγο, προτιμάται η ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 55

70 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ διπολική διαθερμία που είναι ασφαλέστερη, αφού η ασθενής δεν αποτελεί μέρος του κυκλώματος. Το ρεύμα περνάει από τη μια λεπίδα της λαβίδας στην άλλη, καυτηριάζοντας τους ενδιάμεσους ιστούς. Τα πλεονεκτήματα της διπολικής διαθερμίας είναι η χρήση ρεύματος χαμηλής ενέργειας και η ακρίβεια στην καυτηρίαση. Παράλληλα, χρησιμοποιούνται μη ηλεκτρολυτικά διαλύματα, οπότε δεν υπάρχει κίνδυνος των ηλεκτρολυτικών διαταραχών και της υπερφόρτωσης με υγρά. Οι πιο διαδεδομένοι τύποι laser είναι το laser CO και το Nd:YAG laser. Η συγκεκριμένη μορφή ενέργειας επιτρέπει την ιστική καταστροφή με προβλέψιμα αποτελέσματα. Πρόκειται για laser που εκπέμπουν ακτινοβολία στην υπέρυθρη ζώνη. Το laser CO απορροφάται από το νερό, ενώ το δεύτερο δεν επηρεάζεται από αυτό και είναι ιδανικό για τη χρήση ενός διατασικού μέσου. Το laser CO προκαλεί μικρότερη ιστική βλάβη, τόσο σε βάθος όσο και σε έκταση, ενώ ο άλλος τύπος είναι καλύτερος στην πρόκληση ιστικής τήξης. Αναφέρεται ότι στην περίπτωση του laser CO χρησιμοποιούνται άξονες που φέρουν συστήματα καθρεφτών για να φτάσει η δέσμη στο επιθυμητό σημείο, ενώ στο Nd:YAG laser χρησιμοποιούνται οπτικές ίνες. Τέλος, τα ηλεκτρόδια versapoint είναι διπολικά και κατά τη χρήση τους απαιτείται ως διατασικό μέσο ο φυσιολογικός ορός. Η συγκεκριμένη γεννήτρια διατηρεί την παρεχόμενη ενέργεια σε συγκεκριμένο επίπεδο και επιτρέπει τον καθορισμό ηχητικού σήματος σε περίπτωση τεχνικού προβλήματος. Με την εν λόγω μορφή ενέργειας, επιτυγχάνεται διατομή, εξάχνωση, τήξη και αιμόσταση των ιστών. Καθώς αναπτύσσεται υψηλή θερμοκρασία γύρω από το ηλεκτρόδιο, δημιουργείται μια «θήκη» ατμών λόγω του βρασμού του φυσιολογικού ορού. Ένα ηλεκτρονικό τόξο αναπτύσσεται μεταξύ του ηλεκτροδίου και του ιστού στην εσωτερική επιφάνεια της «θήκης» των ατμών, όταν το ηλεκτρικό πεδίο είναι αρκετά ισχυρό, με αποτέλεσμα την καταστροφή των κυττάρων του ιστού αφού τα μόρια του αερίου ιονίζονται προκαλώντας τον ιονισμό και άλλων γειτονικών μορίων Συλλογή υστεροσκοπικών εικόνων Η συλλογή των εικόνων πραγματοποιήθηκε στο ιατρείο υστεροσκόπησης του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου Ιωαννίνων. Οι ασθενείς υποβάλλονται πρώτα σε διακολπικό υπερηχογράφημα, ανεξάρτητα από τη φάση του έμμηνου κύκλου στην οποία βρίσκονται. Στη συνέχεια, σε περίπτωση ένδειξης υστεροσκόπησης είτε λόγω κλινικής συμπτωματολογίας είτε ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 56

71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ παρουσίας ενδομήτριας παθολογίας και η οποία είναι ορατή στον υπέρηχο, υποβάλλονται σε διαγνωστική υστεροσκόπηση σε επίπεδο εξωτερικού ιατρείου, χωρίς νάρκωση ή χρήση κάποιου αναλγητικού φαρμάκου. Κατόπιν, καταγράφεται το ιατρικό ιστορικό των ασθενών με μια σειρά δημογραφικών στοιχείων. Αναφέρεται ότι η υστεροσκόπηση πραγματοποιείται κάθε φορά από τον ίδιο υστεροσκόπο κατόπιν της σύμφωνης γνώμης της κάθε ασθενούς. Κατά την υστεροσκοπική εξέταση καταγράφεται και αποθηκεύεται ψηφιακά η εικόνα που λαμβάνεται από την ενδομήτρια κοιλότητα με τη χρήση του συστήματος υπερφασματικής υστεροσκόπησης. Στη συνέχεια, συλλέγονται οι αποθηκευμένες εικόνες με το σύστημα της υπερφασματικής υστεροσκόπησης και ακολουθεί η επεξεργασία της εικόνας που λαμβάνεται με το προαναφερόμενο σύστημα. Στο τέλος, προκύπτει ο αντίστοιχος ψευδοχρωματικός χάρτης, ανάλογα με τις ιδιότητες των ιστών σε σχέση με την επίδραση του φωτός σε διάφορα μήκη κύματος. Πρόκειται για έναν χάρτη απεικόνισης της ενδομητρικής κοιλότητας, ο οποίος ονομάζεται ψευδοχρωματικός αφού το ενδομήτριο απεικονίζεται με χρώματα. Τα εν λόγω χρώματα έχουν επιλεγεί τυχαία και αντιστοιχούν σε διαφορετικού τύπου ιστούς, με ποικίλες δομικές και λειτουργικές διαφοροποιήσεις. Σημειώνεται ότι στον ψευδοχρωματικό χάρτη, σε ιστολογικό επίπεδο, όπου πράσινο γαλάζιο αντιστοιχεί σε φυσιολογικό ενδομήτριο, κόκκινο ροζ σε υπερπλασία, μπλε μωβ σε φλεγμονώδες περιβάλλον και κίτρινο σε περιοχές ίνωσης με άφθονο συνδετικό ιστό. Στη συνέχεια, εφόσον συλλεχθούν οι εικόνες πραγματοποιείται αναγνώριση της κάθε παθολογίας ή ταυτοποίηση της φάσης του έμμηνου κύκλου, εφόσον δεν αναγνωρίζεται κάποια παθολογία. Αναλυτικά, οι ασθενείς στις οποίες αναγνωρίζεται ενδομήτρια παθολογία προγραμματίζονται για επεμβατική υστεροσκόπηση, οπότε και αφαιρείται το παθολογικό εύρημα. Τέλος, γίνεται σύγκριση των ιστολογικών αποτελεσμάτων με τη διαγνωστική υπεφασματοσκοπική υστεροσκόπηση, αλλά και τον ψευδοχρωματικό χάρτη. Επιπλέον, στις ασθενείς στις οποίες δεν αναγνωρίζεται κάποια ενδομήτρια παθολογία ακολουθείται ένας διαφορετικός τρόπος παρακολούθησης. Με τη συγκατάθεση της ίδιας της ασθενούς, επαναλαμβάνονται ακόμα τρεις διαγνωστικές υστεροσκοπήσεις σε διαφορετικές φάσεις του έμμηνου κύκλου, με σκοπό τη λήψη πληροφοριών και εικόνων που αφορούν στις φάσεις του κύκλου και εφόσον η διαγνωστική υστεροσκόπηση δεν είναι αποδεδειγμένα επιβαρυντική για την υγεία της ασθενούς. Στη συνέχεια, και εφόσον αποθηκεύονται ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 57

72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ και επεξεργάζονται οι προαναφερθείσες εικόνες γίνεται προσπάθεια κατηγοριοποίησης των διαφόρων φάσεων του έμμηνου κύκλου με τη βοήθεια της υπερφασματικής υστεροσκόπησης. Τα στοιχεία που επιλέγονται για έλεγχο, έχουν ληφθεί χρησιμοποιώντας το κλασικό υστεροσκόπιο «Bettocchi» από την εταιρεία Κarl Storz, με το οποίο η ενδομητρική κοιλότητα απεικονίζεται υπό γωνία 3 ο. Αναφέρεται ότι κατά την υστεροσκόπηση, το υστεροσκόπιο είναι σε επαφή με το ενδομήτριο. Το διατασικό μέσο κατά την εφαρμογή της εξέτασης είναι ο φυσιολογικός ορός, ο οποίος έχει την ιδιότητα να επιτρέπει την αναγνώριση ακόμη και των ανεπαίσθητων αλλοιώσεων του ενδομητρίου, δυνατότητα που δεν υπάρχει με τη χρήση του CO ως διατασικού μέσου. Τα υστεροσκοπικά δεδομένα που εξετάζονται στη μελέτη αποτελούνται από ασθενείς με καρκίνο του ενδομητρίου, 8 ασθενείς με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία και 39 άτομα χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση. Σημειώνεται ότι το μέγεθος κάθε υστεροσκοπικής εικόνας είναι.44.8 εικονοστοιχεία. Εικόνα 3.. Υστεροσκόπιο «Bettocchi», Κarl Storz [ Ακολούθως, παρουσιάζονται υστεροσκοπικές εικόνες που εξετάστηκαν από ασθενείς που χαρακτηρίζονται από ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία και καρκίνο ενδομητρίου καθώς και από άτομα στα οποία δε διακρίνεται κάποια παθολογική κατάσταση Εικόνα 3.3 και Εικόνα 3.4. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 58

73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ α β Εικόνα 3.3. Υστεροσκοπικές εικόνες ασθενών με α ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία, β καρκίνο του ενδομητρίου. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 59

74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Εικόνα 3.4. Υστεροσκοπική εικόνα υγιούς γυναίκας. 3.4 Προ επεξεργασία υστεροσκοπικών δεδομένων Η μέθοδος προ επεξεργασίας στοχεύει στη βελτίωση της ποιότητας των υστεροσκοπικών δεδομένων με εφαρμογή κατάλληλων διαδικασιών για την ενίσχυση της αντίθεσης των εικόνων. Για αυτόν τον σκοπό, χρησιμοποιείται η μέθοδος τροποποίησης του ιστογράμματος. Αν το ιστόγραμμα είναι συγκεντρωμένο σε μια μικρή περιοχή φωτεινοτήτων, τότε η αντίθεση της εικόνας και η υποκειμενική ποιότητα της είναι χαμηλή. Συνεπώς, το ιστόγραμμα της εικόνας μπορεί να τροποποιηθεί ώστε να παρουσιάζει ομοιομορφία. Μια τέτοια τεχνική είναι η εξισορρόπηση ιστογράμματος η οποία δημιουργεί ένα ομοιόμορφο ιστόγραμμα, όπου κάθε τιμή της εικόνας θα έχει την ίδια πιθανότητα εμφάνισης. Έστω μια εικόνα κλίμακας γκρίζου συνήθως 56 τόνων του γκρίζου διαστάσεων, με ιστόγραμμα, k=,,,,55. Έστω η εικόνα εξόδου ίδιων διαστάσεων, της οποίας το ιστόγραμμα, k=,,,,55 επιθυμείται να είναι ομοιόμορφο. Σκοπός είναι να βρεθεί μια αντιστοιχία, μεταξύ των τιμών της εικόνας εισόδου και των τιμών της εικόνας εξόδου. Αποδεικνύεται ότι η αντιστοιχία αυτή δίνεται από την ακόλουθη σχέση: ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 6

75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Άρα, για σκοτεινές εικόνες το ιστόγραμμα είναι συγκεντρωμένο στις χαμηλές τιμές φωτεινότητας ή για φωτεινές εικόνες το ιστόγραμμα είναι συγκεντρωμένο στις υψηλές τιμές φωτεινότητας λαμβάνονται σαν έξοδο εικόνες με μεγαλύτερη αντίθεση και καλύτερη ποιότητα από τις αρχικές μη επεξεργασμένες εικόνες. Η εξισορρόπηση ιστογράμματος εφαρμόζεται σε ολόκληρη την περιοχή της εικόνας και στην περίπτωση που πρόκειται να εφαρμοστεί σε συγκεκριμένες περιοχές της εικόνας οφείλεται να εφαρμοστεί όλη η διαδικασία σε κάθε περιοχή ξεχωριστά. Η προσαρμοστική εξισορρόπηση ιστογράμματος adaptive histogram equalization είναι μια μέθοδος επεξεργασίας εικόνων που χρησιμοποιείται για να βελτιώσει την αντίθεση της εικόνας. Διαφέρει από την εξισορρόπηση ιστογράμματος επειδή με τη μέθοδο αυτή υπολογίζεται ένα ιστόγραμμα για κάθε τμήμα της εικόνας ξεχωριστά. Η κοινή εξισορρόπηση ιστογράμματος χρησιμοποιεί μόνο ένα ιστόγραμμα για ολόκληρη την εικόνα. Κατά συνέπεια, η προσαρμοστική εξισορρόπηση ιστογράμματος θεωρείται μια τεχνική ικανή να βελτιώσει την τοπική αντίθεση της εικόνας και να τονίσει λεπτομέρειες της. Παρόλα αυτά, ενδέχεται να παράγει και σημαντικό θόρυβο. Μια γενίκευση της προσαρμοστικής εξισορρόπησης ιστογράμματος λέγεται προσαρμοστική εξισορρόπηση με περιορισμένης αντίθεσης ιστόγραμμα contrast limited adaptive histogram equalization, CLAHE και αναπτύχθηκε για να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της ενίσχυσης του θορύβου. Με τη μέθοδο προσαρμοστικής εξισορρόπησης ιστογράμματος, η εικόνα χωρίζεται σε υπο περιοχές και το ιστόγραμμα κάθε περιοχής υπολογίζεται και χρησιμοποιείται για να τονίσει την τοπική εικόνα. Συνεπώς, η εν λόγω μέθοδος πετυχαίνει προσαρμοστική εξισορρόπηση της εικόνας με περιορισμένης αντίθεσης ιστόγραμμα και εφαρμόζεται σε μικρές περιοχές της εικόνας, οι οποίες στη συνέχεια συντίθενται σε μία. Η συνάρτηση adapthisteq του Matlab ενισχύει την αντίθεση στη φωτεινότητα μιας εικόνας μετασχηματίζοντας τις τιμές της με χρήση προσαρμοστικής εξισορρόπησης με περιορισμένης αντίθεσης ιστόγραμμα. Η διαδικασία αυτή επιδρά σε μικρές περιοχές της εικόνας, οι οποίες λέγονται πλακίδια tiles και όχι σε ολόκληρη την εικόνα. Η αντίθεση κάθε πλακιδίου ενισχύεται, έτσι ώστε το ιστόγραμμα της περιοχής που λαμβάνεται σαν έξοδος να ταιριάζει κατά προσέγγιση με ένα ομοιόμορφο, επίπεδο ιστόγραμμα. Στη συνέχεια, τα γειτονικά πλακίδια συνενώνονται χρησιμοποιώντας διγραμμική παρεμβολή bilinear interpolation για να εξαλειφθούν τα τεχνητά όρια που προέκυψαν. Αναφέρεται ότι η ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 6

76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ αντίθεση, ειδικά σε ομοιόμορφες περιοχές μπορεί να περιοριστεί για να αποφευχθεί η ενίσχυση οποιουδήποτε θορύβου που μπορεί να υπάρχει στην εικόνα. Οι παράμετροι της μεθόδου που μπορούν να προσδιοριστούν είναι ο αριθμός των ορθογώνιων περιοχών πλακίδια στις οποίες η μέθοδος διαιρεί την εικόνα και στη συνέχεια υπολογίζει το μετασχηματισμό αντίθεσης για κάθε περιοχή ξεχωριστά. Συγκεκριμένα, η συνάρτηση adapthisteq προσδιορίζει τον αριθμό των πλακιδίων ανά γραμμή και ανά στήλη με ένα διάνυσμα δύο στοιχείων [K, L]. Οι μεταβλητές K και L πρέπει να έχουν τουλάχιστον την τιμή. Ο συνολικός αριθμός πλακιδίων ισούται με K. Επιπλέον, το όριο για την αύξηση της αντίθεσης σε κάθε πλακίδιο αποτελεί μια ακόμα παράμετρο που χρειάζεται να προσδιοριστεί. Μεγαλύτερες τιμές για αυτήν την παράμετρο αντιστοιχούν σε μεγαλύτερη αντίθεση. Ο παράγοντας αυτός αποτρέπει τον υπέρ κορεσμό over saturation της εικόνας, ειδικά σε ομοιογενείς περιοχές. Οι περιοχές αυτές χαρακτηρίζονται από μια υψηλή κορυφή στο ιστόγραμμα του συγκεκριμένου πλακιδίου της εικόνας επειδή πολλά εικονοστοιχεία βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο του γκρι. Σημειώνεται ότι χωρίς την εν λόγω παράμετρο, η τεχνική προσαρμοστικής εξισορρόπησης ιστογράμματος θα μπορούσε σε ορισμένες περιπτώσεις να παράγει χειρότερα αποτελέσματα και από την αρχική εικόνα. Συγκεκριμένα, για τη συνάρτηση adapthisteq, η παράμετρος ClipLimit είναι ένας πραγματικός αριθμός στο διάστημα. Ο αριθμός που προσδιορίζει το σύνολο των περιοχών του ιστογράμματος που θα χρησιμοποιηθούν για να γίνει ο μετασχηματισμός ενίσχυσης αντίθεσης μπορεί να προσδιοριστεί. Υψηλότερες τιμές αντιστοιχούν σε μεγαλύτερο δυναμικό εύρος με τίμημα όμως την επιβράδυνση της διαδικασίας. Για τη συνάρτηση adapthisteq είναι η παράμετρος NBins και είναι ένας θετικός ακέραιος αριθμός. Το εύρος των δεδομένων της εικόνας εξόδου προσδιορίζεται από την παράμετρο Range και μπορεί να είναι original για να περιοριστεί το εύρος στο εύρος της αρχικής εικόνας και full για να χρησιμοποιηθεί ολόκληρο το εύρος της εικόνας εξόδου. Τέλος, το επιθυμητό σχήμα του ιστογράμματος για τα πλακίδια της εικόνας μπορεί να προσδιοριστεί. Ορίζεται δηλαδή η κατανομή που χρησιμοποιείται ως βάση για να δημιουργηθεί η συνάρτηση μετασχηματισμού της αντίθεσης. Η κατανομή που επιλέγεται εξαρτάται και από τον τύπο της εικόνας εισόδου. Για τη συνάρτηση adapthisteq, η παράμετρος είναι η Distribution και μπορεί να οριστεί ως uniform επίπεδο ιστόγραμμα, raleigh ιστόγραμμα σε σχήμα καμπάνας ή eponential ιστόγραμμα σε σχήμα καμπύλης. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 6

77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Όταν η παράμετρος αυτή ρυθμίζεται στο raleigh ή το eponential πρέπει να προσδιοριστεί και η παράμετρος Alpha που είναι ένας μη αρνητικός πραγματικός αριθμός. Ακολούθως, παρουσιάζεται ένα παράδειγμα υστεροσκοπικής εικόνας ενδομητρίου που προ επεξεργάστηκε στοχεύοντας στην ενίσχυση της αντίθεσης της Εικόνα 3.5 και Εικόνα 3.6. α β Εικόνα 3.5. Υστεροσκοπική εικόνα ενδομητρίου α αρχική εικόνα υστεροσκοπίου, β μετά τη μετατροπή της στο επίπεδο του γκρίζου. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 63

78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Εικόνα 3.6. Υστεροσκοπική εικόνα ενδομητρίου μετά την προ επεξεργασία για ενίσχυση της αντίθεσης. 3.5 Εύρεση κεντρικών αξόνων αγγείων Το στάδιο της εύρεσης των εικονοστοιχείων που ανήκουν σε κεντρικούς άξονες αγγείων πραγματοποιείται με σκοπό τον υπολογισμό ενός συνόλου χαρακτηριστικών μεγεθών που αναπαριστούν την αγγείωση των εικόνων. Τα εν λόγω χαρακτηριστικά είναι η διάμετρος, ο προσανατολισμός και το μήκος κάθε αγγείου, το πλήθος όλων των αγγείων της εικόνας, το πλήθος όλων των διακλαδώσεων καθώς και η κλασματική διάσταση της εικόνας. Μια εικόνα μπορεί να θεωρηθεί ως μια συνάρτηση δύο μεταβλητών I, : N,,,55 όπου τα αγγεία αποτελούνται από εικονοστοιχεία με χαμηλές τιμές του επιπέδου του γκρίζου. Έχοντας σκοπό την εύρεση των κεντρικών αξόνων των αγγείων, αναφέρεται ότι οι θέσεις των εικονοστοιχείων που ανήκουν στους επιθυμητούς κεντρικούς άξονες προκύπτουν από την εύρεση των σημείων ελαχίστου της συνάρτησης I, κατά τη διεύθυνση του διανύσματος που είναι κάθετο στο αγγείο. Συγκεκριμένα, οι συνθήκες που πρέπει να ισχύουν για να είναι το σημείο, σημείο ελαχίστου είναι οι ακόλουθες [38]: I,, u 3. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 64

79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 3. όπου είναι μια ιδιοτιμή του εσσιανού πίνακα και u αντιστοιχεί στην ιδιοτιμή. το ιδιοδιάνυσμα που Διευκρινίζεται ότι στην παρούσα μελέτη, οι εικόνες αποτελούνται από αγγεία των οποίων τα σημεία χαρακτηρίζονται από χαμηλές τιμές στην κατανομή των επιπέδων του γκρίζου. Για αυτόν το λόγο, στην προαναφερθείσα συνθήκη, ως επιλεγόμενη ιδιοτιμή θεωρείται η μέγιστη θετική ιδιοτιμή του εσσιανού πίνακα. Ο εσσιανός πίνακας H, της εικόνας I, στη θέση, είναι ένας δισδιάστατος πίνακας με στοιχεία τις μερικές παραγώγους δευτέρας τάξης της I, : I, I, 3.3 H, I, I, Όπου I, I και I είναι οι μερικές παράγωγοι της εικόνας ως προς, ως προς και ως προς, αντίστοιχα. Σε αυτό το σημείο, αναφέρεται ότι πριν τον υπολογισμό των μερικών παραγώγων πραγματοποιείται συνέλιξη της εικόνας με τη δισδιάστατη συνάρτηση Gauss και η οποία δίνεται από τον τύπο: h d, e 3.4 όπου μια παράμετρος που συνήθως κυμαίνεται στο διάστημα [, 5] έτσι ώστε να γίνει ανάσχεση του θορύβου που ίσως να υπάρχει στην εικόνα. Η συνέλιξη της εικόνας με τη συνάρτηση Gauss ισοδυναμεί ουσιαστικά με τη συνέλιξη της εικόνας I με τις δεύτερες μερικές παραγώγους της συνάρτησης Gauss ως προς, ως προς και ως προς. I hd I * h, I, *, d 3.5 ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 65

80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 66, *,, * h I h I I d d 3.6,,, h I h I I d d 3.7 όπου:, h h d d 3.8, h h d d 3.9, 4 h h d d 3., 4 h h d d 3., 4 h h d d 3. Ως δεύτερο στάδιο της διαδικασίας αναζήτησης των κεντρικών αξόνων των αγγείων θεωρείται ο υπολογισμός των ιδιοτιμών και των ιδιοδιανυσμάτων του πίνακα H. Ο πίνακας H είναι τετραγωνικός πίνακας και το σύστημα που πρόκειται να επιλυθεί είναι το εξής: u I H u Hu 3.3 όπου οι τιμές του είναι οι ιδιοτιμές του πίνακα H, και, u u u είναι κάθε μη μηδενική λύση του συστήματος που αποτελεί το ιδιοδιάνυσμα του H που αντιστοιχεί στην αντίστοιχη ιδιοτιμή. Το σύστημα έχει λύση διάφορη της μηδενικής αν και μόνο αν ισχύει η παρακάτω σχέση: I I I I I I I I I I H 3.4

81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Οι λύσεις της εξίσωσης είναι οι εξής:, I I I I 4I 3.5 Τα αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα προκύπτουν από το Σ που παρουσιάζεται παρακάτω, επιλύοντας τις ακόλουθες εξισώσεις: I I u u I I u u u I I u 3.6 Απαιτώντας το μέτρο του ιδιοδιανύσματος να ισούται με τη μονάδα, προκύπτει ότι: u u u u I I u I I I 3.7 και συνεπώς u I I I. Στη συνέχεια, σύμφωνα με την εξίσωση 3., το ιδιοδιάνυσμα που αντιστοιχεί στη μέγιστη θετική ιδιοτιμή αν υπάρχει πρέπει να ικανοποιεί την ακόλουθη συνθήκη: I,, u 3.8 δηλαδή η παράγωγος της I κατά τη διεύθυνση του διανύσματος u πρέπει να μηδενίζεται. Στο σημείο αυτό, διευκρινίζεται ότι λόγω της διακριτής φύσης των δεδομένων, είναι μάλλον απίθανο να ισχύει η παραπάνω σχέση. Μια αποδεκτή λύση θα ήταν να θεωρηθεί ότι η παράγωγος της I, κατά τη διεύθυνση του διανύσματος u είναι ίση με το μηδέν, αν ισχύει: I 5,, u 3.9 όπου η τιμή -5 δηλώνει ένα κατώφλι. Όμως, με αυτόν τον τρόπο, η εύρεση των σημείων που ανήκουν σε κεντρικό άξονα αγγείων, γίνεται εξαρτώμενη από την τιμή του κατωφλιού. Εναλλακτικά, ακολουθείται η εξής διαδικασία, και η οποία δίνει τη θέση ενός σημείου κεντρικού ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 67

82 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 68 άξονα με δεκαδική ακρίβεια sub piel accurac. Αρχικά, θεωρείται ότι το εικονοστοιχείο, είναι σημείο ελαχίστου, αν ισχύει ότι,, u I με ].5,.5 [,. Η έκφραση της έντασης, I γύρω από το σημείο, δίνεται με τη βοήθεια του αναπτύγματος του Talor και είναι η εξής: ],,, [ ],, [,, I I I I I I I 3. Με βάση την προηγούμενη σχέση, οι μερικές παράγωγοι πρώτης τάξης της, I ως προς και ως προς δίνονται από τις παρακάτω σχέσεις:,,,, I I I I 3.,,,, I I I I 3. Αν και, τότε οι σχέσεις που υπολογίζουν τις μερικές παραγώγους της, I μετατρέπονται ως εξής:,,,,,,,, I I I I I I I I,,,,,,,, I I I I I I I I Επομένως, προκύπτουν τα ακόλουθα:

83 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 69 u I u I u I u I u I u I u I u I u I u I,,,,,,,,,,,, Έστω ότι υπάρχει t έτσι ώστε tu και tu. Τότε ισχύουν τα παρακάτω: u I u I t u u I t u I u u I u I u I u tu I tu I u I u tu I tu I u I u I,,,,,,,,,,,,,,,, Όμως, όπως προαναφέρθηκε, απαραίτητη συνθήκη για να είναι το σημείο, σημείο ελαχίστου είναι να ισχύει η σχέση,, u I. Άρα, προκύπτει ότι η παράμετρος t δίνεται από τον τύπο: u u I u I u u I u I u I u I t,,,,,, 3.3 Αν για την τιμή της παραμέτρου t που δίνεται από την προαναφερθείσα σχέση ισχύει και η δεύτερη απαραίτητη συνθήκη, δηλαδή αν ].5,.5 [, tu tu συμπεραίνεται ότι το εικονοστοιχείο, ανήκει σε κεντρικό άξονα αγγείου και η ακριβής θέση του είναι,. Όπως φαίνεται από τις εξισώσεις 3.4, , η συνάρτηση Gauss δύο μεταβλητών και οι μερικές παράγωγοι αυτής είναι διαχωρίσιμες. Αυτό σημαίνει ότι καθεμιά από τις προαναφερθείσες συναρτήσεις μπορεί να γραφτεί ως γινόμενο δύο συναρτήσεων όπου καθεμιά εξαρτάται αποκλειστικά από μόνο μια μεταβλητή.

84 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Συγκεκριμένα, για τη συνάρτηση Gauss ισχύουν τα ακόλουθα: h d, h d h d hd, e e 3.4 Συνεπώς, η συνέλιξη μιας εικόνας I, με μια τέτοια συνάρτηση μπορεί να γραφτεί ως εξής: I * h I * h d d όπου J, t I s, t h d s ds. Από τις παραπάνω σχέσεις, προκύπτει ότι η συνέλιξη μιας εικόνας με μια διαχωρίσιμη συνάρτηση δύο μεταβλητών, μπορεί να υλοποιηθεί με συνελίξεις με συναρτήσεις μιας μεταβλητής. Συγκεκριμένα, αρχικά κάθε γραμμή της εικόνας συνελίσσεται με τη συνάρτηση h d, οπότε προκύπτει η ενδιάμεση εικόνα J, t. Στη συνέχεια, κάθε στήλη της ενδιάμεσης εικόνας συνελίσσεται με τη συνάρτηση h d για να προκύψει το τελικό αποτέλεσμα.,, Για την υλοποίηση της συνέλιξης μιας εικόνας με τη συνάρτηση Gauss h d πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας πεπερασμένος αριθμός δειγμάτων της συνάρτησης Gauss. Για αυτόν το λόγο, χρησιμοποιούνται οι τιμές της συνάρτησης h d για τις οποίες ισχύει: I s, t h J, t h d d s, t dsdt I * h t dt d, I s, t h d s ds h d t dt Επειδή συνήθως, αρκεί να ισχύει: e 5 5 h d e e,59 6 4, Συνεπώς, χρησιμοποιούνται οι τιμές της h d για,,,..., w, όπου w [4.6 ] και [ ] συμβολίζει το ακέραιο μέρος. Σύμφωνα με την παραπάνω σχέση, παρατηρείται ότι καθώς αυξάνει η τιμή του, αυξάνει και η τιμή του w και κατ επέκταση το πλήθος των δειγμάτων της ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 7

85 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ h d που πρέπει να χρησιμοποιηθούν για τη συνέλιξη. Επιπλέον, σημειώνεται ότι κατά την εφαρμογή της παρούσας μεθόδου, στην περίπτωση που τα αγγεία της εικόνας είναι πιο πλατιά, πρέπει να χρησιμοποιηθούν υψηλότερες τιμές για την παράμετρο σε σχέση με την περίπτωση που τα αγγεία είναι λεπτά. Εναλλακτικά, η συνέλιξη με τη συνάρτηση Gauss μιας μεταβλητής μπορεί να υλοποιηθεί ταχύτερα εφαρμόζοντας διαδοχικά ένα αιτιατό και ένα μη αιτιατό ψηφιακό φίλτρο, όπως παρουσιάζεται στην Εικόνα 3.7. h d [n] Φίλτρο v[n] Φίλτρο [n] Αιτιατό Η + Μη Αιτιατό Η - Εικόνα 3.7. Σύνδεση των δύο συστημάτων σε σειρά. Το τελικό φίλτρο σχεδιάζεται έτσι ώστε η συνάρτηση μεταφοράς του να προσεγγίζει βέλτιστα υπό την έννοια των ελαχίστων τετραγώνων τον μετασχηματισμό Fourier της h d και ο οποίος δίνεται από τη σχέση: G e Συγκεκριμένα, η συνάρτηση μεταφοράς του φίλτρου δίνεται από τη σχέση: 3.6 H z H z H z 3.7 όπου: H N i N z, H z i d d z i N i di z d και i d οι πόλοι του φίλτρου Εικόνα 3.8. Άρα, η συνάρτηση μεταφοράς ορίζεται ως εξής: N N di di H z H z H z. d z z d i i i i i ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 7

86 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 7 Εικόνα 3.8. Γραφική αναπαράσταση του μετασχηματισμού z του φίλτρου Hz. Οι θέσεις των πόλων προκύπτουν από την ελαχιστοποίηση της συνάρτησης: d H G E ] [ 3.8 όπου: N i i i i N e z N i i i i N N i d N e z d d d H d z z d d H H H z H H j i j cos Επιλέγεται η τιμή της παραμέτρου και τα αποτελέσματα που προκύπτουν παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.. Πίνακας 3.. Οι θέσεις των πόλων για το φίλτρο που προσεγγίζει τη μονοδιάστατη συνάρτηση Gauss. 3 N 4 N 5 N d,465 + j,89,38 + j, j,45389 d,465 - j,89,38 - j, j, d, j, j, d j, j, d.8754

87 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 73 Για, οι πόλοι προκύπτουν από τους πόλους για με βάση το μετασχηματισμό q d j q i i i e d d T / /, όπου i i i d d d Re Im tan και το q ικανοποιεί την εξίσωση / / / / N i q d j q i q d j q i i i e d e d. Η συνάρτηση μεταφοράς του φίλτρου μπορεί να εκφραστεί και ως εξής: N i i b i z a z H και N i i b i z a z H όπου:... N d d bd b με N i d N d i d d b... N m i i i i i i i i m N m N m m d d d b b N i i j j i N N d d b b N i i N N d b b b b N N και N i i z N i i i b b z a N i d N d i d d b... Συνεπώς, η συνέλιξη με τη συνάρτηση Gauss μπορεί να προσεγγιστεί με χρήση των παρακάτω εξισώσεων διαφορών: N i i i n b v n a n v ] [ ] [ ] [ και N i i i n b n av n ] [ ] [ ] [

88 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Αναφέρεται ότι αντίστοιχη διαδικασία μπορεί να ακολουθηθεί και για τις παραγώγους της h d. Σε ορισμένες περιπτώσεις, υπάρχει το ενδεχόμενο να ανιχνευτούν εσφαλμένα κάποια εικονοστοιχεία ως σημεία κεντρικού άξονα. Για την εξάλειψη αυτών των εικονοστοιχείων ακολουθείται η εξής διαδικασία: οι ιδιοτιμές των εικονοστοιχείων που αρχικά ανιχνεύτηκαν ότι ανήκουν σε κεντρικό άξονα κανονικοποιούνται στο διάστημα [,]. Έστω alow και ahigh δύο πραγματικοί αριθμοί με πεδίο τιμών στο [,] και alow ahigh. Τότε, θεωρούνται ως αποδεκτά τα σημεία για τα οποία η αντίστοιχη ιδιοτιμή είναι μεγαλύτερη από alow και κάθε συνεχές «μονοπάτι» από σημεία κεντρικών αξόνων περιέχει τουλάχιστον ένα σημείο με ιδιοτιμή μεγαλύτερη από ahigh. Στην Εικόνα 3.9 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την εφαρμογή της μεθόδου σε υστεροσκοπική εικόνα ενδομητρίου. Αρχικά αναγνωρίζονται οι κεντρικοί άξονες των αγγείων και στη συνέχεια πραγματοποιείται υπέρθεση αυτών στην αρχική εικόνα, όπου απεικονίζονται με λευκό χρώμα. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 74

89 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ α β ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 75 γ Εικόνα 3.9. α Αρχική υστεροσκοπική εικόνα, β Αναγνώριση των κεντρικών αξόνων των αγγείων, γ Υπέρθεση των κεντρικών αξόνων των αγγείων στην αρχική υστεροσκοπική εικόνα.

90 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 3.6 Υπολογισμός χαρακτηριστικών μεγεθών Τα χαρακτηριστικά μεγέθη που υπολογίζονται ομαδοποιούνται σε κατηγορίες: α τα χαρακτηριστικά που περιγράφουν την πολυπλοκότητα της αγγειακής δομής των υστεροσκοπικών εικόνων και β τα χαρακτηριστικά που περιγράφουν την υφή των εικόνων Χαρακτηριστικά της αγγειακής δομής Τα χαρακτηριστικά που ποσοτικοποιούν την αγγειακή δομή και περιγράφουν τη γεωμετρία των αγγείων είναι 9 και παρουσιάζονται ακολούθως: η μέση τιμή της διαμέτρου ενός αγγείου, η τυπική απόκλιση των τιμών της διαμέτρου στα σημεία που αποτελούν το αγγείο, 3 η μέση τιμή του προσανατολισμού ενός αγγείου, 4 η τυπική απόκλιση των προσανατολισμών του αγγείου στα σημεία που το αποτελούν, 5 η μέση τιμή του μήκους των αγγείων που αποτελούν την υστεροσκοπική εικόνα, 6 η τυπική απόκλιση του μήκους των αγγείων της εικόνας, 7 το πλήθος όλων των αγγείων της εικόνας, 8 το πλήθος όλων των διακλαδώσεων της εικόνας, 9 η κλασματική διάσταση της εικόνας. Για την εκτίμηση της διαμέτρου των αγγείων ακολουθήθηκε η παρακάτω μεθοδολογία. Τα αγγεία ανάλογα με τη μεταβολή στην κατανομή των επιπέδων του γκρίζου που παρατηρείται στα σημεία που τα αποτελούν, διαχωρίζονται σε αυτά που παρουσιάζεται μια λευκή ζώνη στο εσωτερικό τους τύπου ΙΙ και σε αυτά που είναι ομοιόμορφα τύπου Ι. Η λευκή ζώνη οφείλεται στην αντανάκλαση φωτός που προκαλείται από τη διάθλαση του φωτός στα ερυθρά κύτταρα των αγγείων. Στην Εικόνα 3., παρουσιάζονται οι μεταβολές των επιπέδων του γκρίζου κατά μήκος των ευθειών που είναι κάθετες στα αγγεία των υστεροσκοπικών εικόνων. Οι διαφορετικές καμπύλες συμβολίζουν διαφορετικά αγγεία της εικόνας. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 76

91 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ α β Εικόνα 3.. α Προφίλ αγγείων τύπου Ι, β Προφίλ αγγείων τύπου ΙΙ. Συγκεκριμένα, από την Εικόνα 3. α προκύπτει ότι η γενική μορφή της κατανομής των επιπέδων του γκρίζου σε αγγεία τύπου Ι μπορεί να προσεγγιστεί από μια αντεστραμμένη γκαουσιανή καμπύλη. Συνεπώς, οι τιμές των επιπέδων του γκρίζου κατά μήκος μιας ευθείας : r r pu, p, η οποία διέρχεται από το σημείο r, και είναι παράλληλη στο διάνυσμα u μπορούν να προσεγγιστούν με χρήση της ακόλουθης συνάρτησης: s p f p BG he 3.9 Αντίστοιχα, από την Εικόνα 3. β προκύπτει ότι η κατανομή των επιπέδων του γκρίζου για αγγεία τύπου ΙΙ είναι η υπέρθεση μιας αντεστραμμένης και μιας κανονικής γκαουσιανής καμπύλης. Επομένως, η αντίστοιχη συνάρτηση προσέγγισης δίνεται από την ακόλουθη σχέση: p s p s p he f BG h e 3.3 ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 77

92 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ α β Εικόνα 3.. α Μοντέλο αγγείου τύπου Ι, β Μοντέλο αγγείου τύπου ΙΙ. Οι παράμετροι που εμφανίζονται στις εκφράσεις των δύο συναρτήσεων προσέγγισης ορίζονται ως εξής: BG : η μέγιστη τιμή της καμπύλης στον άξονα, h : το ύψος της κύριας γκαουσιανής καμπύλης, h : το ύψος της δευτερεύουσας γκαουσιανής καμπύλης, s : η παράμετρος που καθορίζει το άνοιγμα της κύριας καμπύλης, s : η παράμετρος που καθορίζει το άνοιγμα της δευτερεύουσας καμπύλης, : η τιμή στον άξονα, που δηλώνει το κέντρο της καμπύλης το κέντρο είναι κοινό και για τις δύο καμπύλες. Στο σημείο αυτό, ορίζεται μια συνάρτηση που λέγεται συνάρτηση λάθους και έχει ως μεταβλητές τις παραμέτρους που παρουσιάζονται στις δύο προαναφερθείσες συναρτήσεις: ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 78

93 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ E w pw [ f p I pu, pu ] 3.3 και στην οποία οι όροι που εμφανίζονται περιγράφονται ως εξής: f p : το μοντέλο που χρησιμοποιείται με σκοπό να προσεγγίσει το αγγείο f p f p για αγγεία τύπου Ι και f p f p για αγγεία τύπου ΙΙ. I pu, pu : η ένταση των σημείων της ευθείας που είναι παράλληλη στο διάνυσμα u u, u και διέρχεται από το σημείο, του κεντρικού άξονα. Το διάνυσμα u είναι κάθετο στον κεντρικό άξονα του αγγείου στο,. w : το πλήθος των σημείων της εικόνας, και τα οποία σημεία χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του αθροίσματος. Όταν το μοντέλο που προσεγγίζει το αγγείο είναι η προαναφερθείσα συνάρτηση f τότε η συνάρτηση λάθους δίνεται από την παρακάτω σχέση: p E BG, h, s, E BG, h, s, w pw w pw [ f p I [ BG h e pu s p, I pu ] pu, pu ] Όταν το μοντέλο που προσεγγίζει το αγγείο είναι η f τότε η συνάρτηση λάθους δίνεται από τη σχέση: p E BG, h, s, h E BG, h, s, h, s, s,, w pw w pw [ f p I [ BG h e s p pu, h e pu s p ] I pu, pu ] Στο σημείο αυτό, εφόσον έχει οριστεί ο τύπος της συνάρτησης λάθους συναρτήσει των παραμέτρων που υπάρχουν στη συνάρτηση προσέγγισης, πραγματοποιείται ελαχιστοποίηση της εν λόγω συνάρτησης, με σκοπό να καθοριστούν τελικά οι τιμές των παραμέτρων BG h, s, h,, της συνάρτησης, s προσέγγισης. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 79

94 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Αποδεκτές θεωρούνται οι τιμές όταν ισχύει: s, s, h, h, BG h, w, w Η ελαχιστοποίηση της συγκεκριμένης συνάρτησης πραγματοποιείται με τη μέθοδο του Powell ή τη μέθοδο Downhill Simple και οι οποίες παρουσιάζονται αναλυτικά στο Παράρτημα Α. Η εκτίμηση των τιμών της διαμέτρου των αγγείων στηρίζεται στην παρατήρηση ότι τα σημεία που αποτελούν τα πλευρικά όρια των αγγείων χαρακτηρίζονται από έντονες αλλαγές στο επίπεδο του γκρίζου μεταξύ αυτών και των γειτονικών τους εικονοστοιχείων. Η έντονη αυτή μεταβολή σημαίνει ότι η πρώτη παράγωγος λαμβάνει ακρότατη τιμή. Συνεπώς, η διάμετρος μπορεί να εκτιμηθεί με την εύρεση των ριζών της δευτέρας παραγώγου της f f για αγγεία τύπου Ι ΙΙ. p Για αγγεία τύπου Ι, η πρώτη παράγωγος της συνάρτησης s p f BG h e δίνεται από την παρακάτω σχέση: s p f p hs p e 3.3 Η δεύτερη παράγωγος της συνάρτησης δίνεται από τη σχέση: f p p h s e s p s 3.33 Στην Εικόνα 3., παρουσιάζεται η γραφική παράσταση της τα σημεία μηδενισμού της. f ' ', καθώς και Διάμετρος Εικόνα 3.. Γραφική παράσταση της δευτέρας παραγώγου της συνάρτησης για αγγεία τύπου Ι. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 8

95 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 8 Οι ρίζες της δευτέρας παραγώγου προκύπτουν από την ακόλουθη σχέση: s p s p p s e s h p f p s Συνεπώς, η διάμετρος ενός αγγείου με χρήση του συγκεκριμένου μοντέλου υπολογίζεται με χρήση του ακόλουθου τύπου: s p p ά 3.34 Για αγγεία τύπου ΙΙ, η δεύτερη παράγωγος της συνάρτησης p s p s e h h e BG p f δίνεται από την παρακάτω σχέση: p s e s h p s e s h p f p s p s 3.35 Στην Εικόνα 3.3, παρουσιάζεται η γραφική παράσταση της f, καθώς και τα σημεία μηδενισμού της. Εικόνα 3.3. Γραφική παράσταση της δευτέρας παραγώγου της συνάρτησης για αγγεία τύπου ΙΙ. Η επίλυση της εξίσωσης p f δεν μπορεί να γίνει με αναλυτικό τρόπο. Για αυτόν το λόγο, εκτιμάται προσεγγιστικά η διάμετρος του αγγείου για κάθε σημείο του κεντρικού άξονα. Συγκεκριμένα, εφαρμόζεται η εξής διαδικασία: Αν p z, τότε η σχέση 3.35 γράφεται ως ακολούθως: Διάμετρος

96 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ f z h s e s z sz s z h s e s z Αν υπάρχουν z, τέτοια ώστε f '' και f '', τότε z z z επειδή η f '' είναι συνεχής συνάρτηση ως προς z, τότε θα υπάρχει * f '' z. z * z έτσι ώστε Αρχίζοντας από το σημείο z, εφαρμόζεται ο παρακάτω επαναληπτικός τύπος: z k z z, με k,,... k όπου z πολύ μικρή ποσότητα, της τάξης του -. Αναφέρεται ότι ο παραπάνω τύπος εφαρμόζεται μέχρι να βρεθεί μια τιμή του k ώστε f '' και f '. z k ' z k Ως ρίζα της f '' μπορεί να θεωρηθεί η τιμή z z z k z * k. Παράλληλα, εφόσον η συνάρτηση f '' είναι άρτια, η δεύτερη ρίζα της z δευτέρας παραγώγου της συνάρτησης f είναι αντισυμμετρική ως προς την πρώτη ρίζα * z και δίνεται από τον επόμενο τύπο: z * Άρα, συμπεραίνεται ότι η διάμετρος για το μοντέλο προκύπτει από την ακόλουθη σχέση: z * ά z z ά 3.36 * * Η προτεινόμενη διαδικασία παρέχει τη δυνατότητα να πραγματοποιηθεί εκτίμηση των διαμέτρων των αγγείων σε μεμονωμένα σημεία τους καθώς και σε τμήματα αυτών. Στη δεύτερη περίπτωση, καθορίζονται από το χρήστη δύο σημεία αναφοράς στο αγγείο, και εκτιμάται η διάμετρος σε κάθε σημείο που βρίσκεται ανάμεσα στα δύο σημεία αναφοράς. Επισημαίνεται ότι συνήθως τα σημεία αναφοράς που επιλέγονται αρχικά, δεν αποτελούν σημεία του κεντρικού άξονα. Με σκοπό να βρεθούν τα δύο πιο κοντινά στα σημεία αναφοράς σημεία που ανήκουν σε κεντρικούς άξονες, υπολογίζονται οι αποστάσεις αυτών από τα σημεία του κεντρικού άξονα που βρίσκονται σε ένα παράθυρο γύρω από το κάθε επιλεγόμενο σημείο. * z ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 8

97 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Η απόσταση δύο σημείων,,, δίνεται από τον τύπο: d 3.37 Τότε, το σημείο του κεντρικού άξονα, για το οποίο η απόσταση ανάμεσα σε αυτό και το σημείο αναφοράς είναι ελάχιστη, αποτελεί τελικά το νέο σημείο αναφοράς. Στη συνέχεια, η εύρεση των σημείων που βρίσκονται ανάμεσα στα δύο σημεία αναφοράς γίνεται ως εξής: Έστω, και, τα σημεία του s s f f κεντρικού άξονα που καθορίζουν την περιοχή όπου επιθυμείται η εκτίμηση των διαμέτρων των σημείων του κεντρικού άξονα που υπάρχουν μεταξύ τους. Έχοντας αρχικό σημείο αναφοράς το,, αναζητείται το επόμενο επιθυμητό σημείο του s s κεντρικού άξονα σε ένα παράθυρο 33 γύρω από το αρχικό σημείο αναφοράς. Το σημείο που επιλέγεται τελικά είναι αυτό για το οποίο η απόσταση από το σημείο τερματισμού της διαδικασίας, είναι ελάχιστη. f f Με αυτόν τον τρόπο, βρίσκεται το δεύτερο σημείο του κεντρικού άξονα. Επαναλαμβάνοντας τη διαδικασία, έχοντας πλέον ως σημείο αναφοράς το δεύτερο σημείο, βρίσκεται το τρίτο σημείο κ.ο.κ. και η διαδικασία τερματίζεται όταν φτάσει στο σημείο ο έλεγχος να εμπεριέχει το αρχικά καθοριζόμενο τελικό σημείο,. f f Στο σημείο αυτό, έχοντας σκοπό την εύρεση των διαμέτρων των αγγείων με μεγαλύτερη ακρίβεια, πραγματοποιείται η διαδικασία που προαναφέρθηκε δύο φορές. Την πρώτη φορά υπολογίζονται οι διάμετροι όλων των σημείων του κεντρικού άξονα, αλλά θεωρούνται αποδεκτές μόνο εκείνες οι τιμές που βρίσκονται σε ένα συγκεκριμένο διάστημα και το οποίο ορίζεται ως εξής: s s 3.38 s όπου: s : η παράμετρος που καθορίζει το άνοιγμα της κύριας καμπύλης, s : η μέση τιμή των τιμών της παραμέτρου s, s : η τυπική απόκλιση των τιμών της παραμέτρου s. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 83

98 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Τα σημεία για τα οποία οι μετρήσεις των διαμέτρων δεν έχουν πραγματοποιηθεί σωστά και για αυτόν το λόγο απορρίπτονται είναι αυτά για τα οποία επαναλαμβάνεται η διαδικασία. Κατά την επανάληψη της διαδικασίας, χρησιμοποιούνται ως αρχικές τιμές των παραμέτρων που εμφανίζονται στο μοντέλο που έχει οριστεί για να πραγματοποιηθεί η διαδικασία της βελτιστοποίησης οι μέσες τιμές των παραμέτρων των σημείων που θεωρούνται αποδεκτά, δηλαδή των σημείων που ικανοποιούν την εξίσωση 3.36 κατά την πρώτη φορά που πραγματοποιείται η διαδικασία. Η συγκεκριμένη αρχικοποίηση πραγματοποιείται με αυτόν τον τρόπο κατά την επανάληψη της διαδικασίας με σκοπό να υπάρξουν πιο ικανοποιητικά αποτελέσματα. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται ενδεικτικά ένα παράδειγμα μιας υστεροσκοπικής εικόνας ενδομητρίου στην οποία έχουν βρεθεί και σχεδιαστεί οι διάμετροι των αγγείων. Στην Εικόνα 3.4 α παρουσιάζεται η διάμετρος σε ένα σημείο του κεντρικού άξονα ενός αγγείου της εικόνας και στην Εικόνα 3.4 β η διάμετρος σε όλα τα αγγεία της εικόνας. Όσον αφορά στα υπόλοιπα χαρακτηριστικά που εκτιμώνται, η μέθοδος υπολογισμού που ακολουθείται παρατίθεται παρακάτω: Το μήκος του αγγείου ορίζεται ως το πλήθος των εικονοστοιχείων που αποτελούν τον κεντρικό άξονα του αγγείου. Ο προσανατολισμός σε ένα σημείο του κεντρικού άξονα του αγγείου υπολογίζεται ως ο λόγος του μήκους του αγγείου δια το μήκος του ευθυγράμμου τμήματος που ενώνει τα δύο άκρα του αγγείου. Μαθηματικά, εκφράζεται με την ακόλουθη σχέση 3.39, όπου το ιδιοδιάνυσμα u, u αναφέρεται στη μεγαλύτερη κατά απόλυτη τιμή ιδιοτιμή που έχει υπολογιστεί παραπάνω. u ό tan 3.39 u ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 84

99 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ α β Εικόνα 3.4. Εύρεση των διαμέτρων α σε ένα σημείο αγγείου μιας εικόνας, β σε όλα τα αγγεία μια εικόνας. Το πλήθος των αγγείων της εικόνας ορίζεται ως το σύνολο όλων των αγγείων που υπάρχουν μέσα στην υστεροσκοπική εικόνα του ενδομητρίου. Το πλήθος των διακλαδώσεων της εικόνας ορίζεται ως το σύνολο όλων των σημείων που αποτελούν κοινά σημεία σε περισσότερους από έναν κεντρικούς άξονες των αγγείων της εικόνας, δηλαδή των σημείων στα οποία διακλαδίζονται οι κεντρικοί άξονες της εικόνας. Η κλασματική διάσταση fractal dimension ποσοτικοποιεί την πολυπλοκότητα της αγγειακής δομής της εικόνας που περιέχει τους κεντρικούς άξονες των αγγείων. Αναφέρεται ότι οι πολύπλοκες αγγειακές δομές αντιστοιχούν σε υψηλή τιμή της κλασματικής διάστασης. Το εν λόγω ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 85

100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ χαρακτηριστικό υπολογίζεται με τη μέθοδο των κ- κοντινότερων γειτόνων [39] Χαρακτηριστικά υφής Τα χαρακτηριστικά που περιγράφουν την υφή της υστεροσκοπικής εικόνας είναι 58 και παρουσιάζονται ακολούθως: η κλασματική διάσταση fractal dimension της εικόνας, η κενότητα lacunarit της εικόνας, 3 τα στατιστικά χαρακτηριστικά ας τάξης από τον πίνακα συνεμφάνισης επιπέδων γκρίζου τόνου Gra level Co-occurrence Matri, GLCM. Η κλασματική διάσταση fractal dimension ποσοτικοποιεί την υφή της υστεροσκοπικής εικόνας σε αντίθεση με την κλασματική διάσταση που αναφέρθηκε προηγουμένως που ποσοτικοποιεί την πολυπλοκότητα της αγγειακής δομής. Αναφέρεται ότι και το εν λόγω χαρακτηριστικό υπολογίζεται με τη μέθοδο των κ- κοντινότερων γειτόνων [39]. Η κενότητα lacunarit της εικόνας περιγράφει την ύπαρξη ή μη σχηματισμών ή δομών στην επιφάνεια της εικόνας. Συγκεκριμένα, χαμηλή τιμή κενότητας υποδεικνύει ομοιογένεια, ενώ υψηλή τιμή ανομοιογένεια [4]. Τα στατιστικά χαρακτηριστικά ας τάξης υπολογίζονται από τον πίνακα συνεμφάνισης του επιπέδου του γκρι Gra level Co-occurrence Matri, GLCM [4, 4]. Ο συγκεκριμένος πίνακας εκφράζει τον τρόπο με τον οποίο τα δυνατά επίπεδα γκρίζου εμφανίζονται σε μια εικόνα και μπορεί να διακρίνει μια εικόνα, εντός της οποίας η κατανομή των επιπέδων φωτεινότητας δε μεταβάλλεται από μια άλλη εντός της οποίας η κατανομή αυτή αλλάζει έντονα. Τα χαρακτηριστικά που προκύπτουν από αυτόν τον πίνακα εξαρτώνται από τη συχνότητα με την οποία δύο επίπεδα φωτεινότητας εμφανίζονται σε δύο εικονοστοιχεία που απέχουν συγκεκριμένη απόσταση d και έχουν συγκεκριμένη γωνιακή σχέση θ στην επιφάνεια της εικόνας. Δηλαδή ο πίνακας συνεμφάνισης των επιπέδων φωτεινότητας αποτελείται από στοιχεία P ij τα οποία εκφράζουν τις συχνότητες, με τις οποίες εμφανίζονται δύο εικονοστοιχεία με τιμές φωτεινότητας i και j και τα οποία έχουν μια συγκεκριμένη γωνιακή σχέση θ και απέχουν απόσταση d εικονοστοιχείων. Για παράδειγμα, για ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 86

101 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ γωνιακή σχέση θ= ο και απόσταση d=, το στοιχείο P ij είναι ίσο με την πιθανότητα μετακίνησης από ένα επίπεδο φωτεινότητας i σε ένα άλλο j κατά την οριζόντια μετάβαση από ένα σημείο μέσα στην εικόνα σε ένα άλλο το οποίο απέχει απόσταση εικονοστοιχείων. Αναφέρεται ότι ο πίνακας συνεμφάνισης είναι ένας πίνακας χωρικά εξαρτωμένων συχνοτήτων εμφάνισης επιπέδων φωτεινότητας και είναι συμμετρικός. Για γωνίες κβαντισμένες ανά 45 ο οι κανονικοποιημένες συχνότητες ορίζονται ως εξής: Pi,j,d, ο = #{[k,l,m,n], k-m =, l-n = d, Ik,l = i, Im,n=j} / Td, ο Pi,j,d,45 ο = #{[k,l,m,n] k-m = d, l-n = d k-m =-d, l-n = -d Ik,l = i, Im,n=j} / Td, 45 ο Pi,j,d,9 ο = #{[k,l,m,n] k-m = d, l-n = Ik,l = i, Im,n=j} / Td, 9 ο Pi,j,d,35 ο = #{[k,l,m,n] k-m = d, l-n = -d k-m =-d, l-n = d Ik,l= i, Im,n=j} / Td, 35 ο Αναφέρεται ότι στις παραπάνω σχέσεις Ι, είναι η τιμή της συνάρτησης φωτεινότητας στο σημείο, και Td,a είναι το πλήθος των ζευγών των εικονοστοιχείων που βρίσκονται σε απόσταση d και έχουν γωνιακή σχέση θ. Όπως προαναφέρθηκε, οι πίνακες συνεμφάνισης που προκύπτουν είναι συμμετρικοί, δηλαδή Pi,j,d,θ = Pj,i,d,θ. Από έναν πίνακα συνεμφάνισης για συγκεκριμένη απόσταση και γωνιακή σχέση μπορούν να υπολογιστούν μεταξύ άλλων τα παρακάτω 3 χαρακτηριστικά: Ενέργεια ή Γωνιακή Ροπή ας Τάξης Energ or Angular second moment : Αντίθεση Contrast: con = Ng n n { Ng Ng i j P ij, i j n} 3 Συσχέτιση Correlation: ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 87

102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ cor = ijp ij i j 4 Διασπορά Variance : var =ijp ij i j 5 Ροπή Αντίστροφης Διαφοράς Inverse difference moment: idm i j P ij i j 6 Εντροπία Entrop: 7 Sum Average: 8 Sum Entrop: 9 Sum Variance: ent Pij log Pij sumav = i N g j N g i ip, i sument = - P, i log{ P, i} i N g sum var i sument P, i i Διαφορά εντροπίας Difference Entrop: N g difent = - P, i log{ P, i} i Διαφορά διασποράς Difference Variance: difvar = διασπορά της P, i Information measure of Correlation: infcor = ma{ HX, HY} ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 88

103 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 3 Information measure of Correlation: / infcor = - ep[. HXY HXY ] όπου P ij είναι το στοιχείο i,j του πίνακα συνεμφάνισης, μ και σ η μέση τιμή και η τυπική απόκλιση του πίνακα αντίστοιχα, HXY=- i j των επιπέδων του γκρι. P ij log Pij και Ν g ο αριθμός Το βασικό πλεονέκτημα της χρήσης του πίνακα συνεμφάνισης είναι ότι προσδιορίζονται οι χωρικές ενδοσχέσεις των επιπέδων του γκρι σε ένα σχέδιο υφής. Παρόλα αυτά, το μειονέκτημα της προσέγγισης είναι ότι δε συλλαμβάνει το σχήμα των πρωταρχικών σχηματισμών των επιπέδων φωτεινότητας. Αυτός είναι ο λόγος που η μέθοδος δε λειτουργεί καλά στην περίπτωση υφής που δημιουργείται από μεγάλου μεγέθους πρωταρχικούς σχηματισμούς. Επίσης, δεν μπορεί να συλλάβει τη χωρική σχέση μεταξύ των πρωταρχικών σχηματισμών, όταν αυτές είναι μεγαλύτερες από ένα εικονοστοιχείο. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 89

104 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Βιβλιογραφία 3 ου Κεφαλαίου [] DC Pantaleoni, On endoscopic eamination of the cavit of the womb, The medical press and circular, vol.8, p.6 7, 869. [] B. J. van Herendael, M. J. Sievens, A. Flakiewicz Kula, Ch. Hansch, Dating of the Endometrium b Microhsteroscop, Gnecol. Obstet. Invest, vol. 4, p.4 8, 987. [3] S Bettochi, O Ceci, M Vicino, F Marello, L Impedoro, L Selvaggi, Diagnostic inadequac of dilation and curettage, Fertil Steril, vol.75, no 4, p.83 85,. [4] M. Hicke and I. S. Fraser, Surface vascularization and endometrial appearance in women with menorrhagia or using levonorgestrel contraceptive implants. Implications for the mechanisms of breakthrough bleeding, Human Reproduction, vol.7, no 9, p ,. [5] K. Inafuku, Hsteroscop in midluteal phase of human endometrium: evaluation of functional aspect of the endometrium, Acta Obstet. Gnecol. Jpn, vol.44, p in Japanese, with English snopsis, 99. [6] T. Sakumoto, K. Inafuku, M. Miara et al., Hsteroscopic assessment of mid secretor phase endometrium, with special reference to the luteal phase defect, Horm. Res., vol.37, Suppl., p.48 5, 99. [7] H. Masamoto, K. Nakama, and K. Kanazawa, Hsteroscopic appearance of the mid secretor endometrium: relationship to earl phase pregnanc outcome after implantation, Human Reproduction, vol. 5, no., pp. -8,. [8] MH Emanuel, K Wamsteker, FB Lammes, Is dilation and curettage obsolete for diagnosin intrauterine disorders in premenopausal patients with persistent abnormal uterine bleeding?, Acta Obstet Gnecol Scan, vol.76, p.65 68, 997. [9] P Tantbirojn, S Triratanachat, P Trivijitsilp, S Niruthisard, Comparison between adenocarcinoma in both endocervical and endometrial specomens from fractional curettage and pathologic findings inb subsequent hsterectom specimens, J Med Assoc Thai, vol.9, no 9, p.33 37, 8. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 9

105 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ [] FE Zola, AA Nogueira, JM Andrade, Hsteroscopic appearance of malignant and benign endometrial lesions: a case control stud, Arch Gnecol Obstet, vol.75, p.49 5, 7. [] M. Hicke, D. Dwarte, and I. S. Fraser, Precise measurements of intrauterine vascular structures at hsteroscop in menorrhagia and during Norplant use, Human Reproduction, vol.3, no, p , 998. [] F. E. Zola, A. A. Nogueira, J. M. de Andrade, F. J. Candido dos Reis, Hsteroscopic appearance of malignant and benign endometrial lesions: a case control stud, Arc Gnecol Obstet, vol.75, p.49 5, 7. [3] O. Sugimoto, Hsteroscopic diagnosis of endometrial carcinoma. A report of fift three cases eamined at the Women s Clinic of Koto Universit Hospital, Am J Obstet Gnecol, vol., p.5 3, 975. [4] W. Gavião, J. Scharcanski, Evaluating the mid secretor endometrium appearance using hsteroscopic digital video summarization, Image and Vision Computing, vol.5, p.7 77, 7. [5] M. S. Neophtou, C. S. Pattichis, V. Tanos, M. S. Pattichis, E. S. Kriacou, D. D. Koutsouris, The effect of color correction of endoscop images for quantitative analsis in endometrium, in Proceedings of the 5 IEEE Engineering in Medicine and Biolog 7 th Annual Conference, p , 5. [6] M. S. Neophtou, M. S. Pattichis, C. S. Pattichis, V. Tanos, E. S. Kriacou, D. D. Koutsouris, Teture based classification of hsteroscop images of the endometrium, in Proceedings of the 6 IEEE Engineering in Medicine and Biolog 8 th Annual Conference, p.35 38, 6. [7] M. S. Neophtou, V. Tanos, M. S. Pattichis, C. S. Pattichis, E. S. Kriacou, D. D. Koutsouris, A standardized protocol for teture analsis of endoscopic images in gnaecological cancer, in Biomedical Engineering Online, 7. [8] G Berc, Endoscop, New York: Appleton centur crofts, p. 4, 976. [9] M Baggish, J Barbot, R Valle, Diagnostic and operative hsteroscop, Mosb nd edition, p.97 6, 999. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 9

106 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ [] Y Van Belle, Van Der Pass, Modern clinical technical hsteroscop, Olmpus, 998. [] M Paschopoulos, E Paraskevaidis, K Stefanidis et al., Vaginoscopic approach to outpatient hsteroscop, vol.4, p , 997. [] G B Kristensen, L K Jensen, B Holund, A randomized trial comparing two methods of cold knife conization with laser conization, Obstet Gnecol, vol.76, p.9 3, 99. [3] P Mathevet, D Dargent, M Ro et al., A randomized prospective stud comparing three techniques of conization; cold knife, laser and LEEP, Gnecol Oncol, vol.54, p.75 79, 994. [4] A Y Wong, K S Wong, Y H Lok et al., Outpatient diagnostic hsteroscop: analsis of 49 cases, Chin Med J, vol., p.78 73, 998. [5] D Mangar, Hponatremic engephalopath after endometrial ablation, JAMA, vol.7, p , 994. [6] A. M. Siegler, E. Kemmann, Ysteroscop, Obstet Gnecol Surv, vol.3, p.567, 975. [7] M Winkler, S Erbse, K Rademacher, G Rau, W Rath, An automatic camera holding sstem for gnecologic laparoscop, J Am Assoc Gnecol Laraposc, vol.8, p.33 36,. [8] J. L. Marlow, Media and deliver sstems, Obstet Gnecol Clin North Am, vol., p.49 4, 995. [9] P. D. Indman, Instrumentation and distention media for the hsteroscopic treatment of abnormal uterine bleeding, Obstet Gnecol Clin North Am, vol.7, p.35 35,. [3] J. Bundin, K. Thomason, Cardiac gas embolism during carbon dioide hsteroscop: risk and management, Eur J Obstet Gnecol R.B., vol.33, p.4 45, 989. [3] G. J. Shirk, Control of intrauterine fluid pressure during operative hsteroscop, J Am Assoc Gnecol Laparosc, vol., p.9 33, 994. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 9

107 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΥΣΤΕΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ [3] J J Gribb, Hsteroscop: an aid in gnecologic diagnosis, Obstet Gnecol, vol.5, p , 96. [33] R Porto, J Gaujou, Une nouvelle method d hsteroscopie: Instrumentation et technique, J Gnecol Obstet Biol Reprod, vol., p , 97. [34] R F Valle, J J Sciarra, Hsteroscop. A useful diagnostic adjunct in gnecolog, Am J Obstet Gnecol, vol., p.3 38, 975. [35] M Wortam, A Daggert, Hsteroscopic endocervical resection, J Am Assoc Gnecol Laparosc, vol.4, p.63 68, 996. [36] K Issacson, P Nardella, Development and use of a bipolar resectoscope in endometrial electrosurger, J Am Assoc Gnecol Laparosc, vol.4, p , 997. [37] G Unfried, F Wieser, A Albrecht et al., Fleible versus rigid endoscopes for outpatient hsteroscop: prospective randomized clinical trial, Hum Reprod, vol.6, p.68 7,. [38] C. Steger, An unbiased detector of curvilinear structures, IEEE Trans. PAMI, vol., no, p.3 5, 998. [39] P. Asvestas, GK Matsopoulos, KS Nikita, Estimation of fractal dimension of images using a fied mass approach, Pattern Recognition Letters, vol., p , 999. [4] M Allain, M Cloitre, Characterizing the lacunarit of random and deterministic fractal sets, Phsical Review A, vol.44, p , 99. [4] R. M. Haralick,L. G. Shapino, Computer and Robot Vision, vol., p , Addison-Wesle Publishing Compan, USA 99. [4] Y-N Sun, M-H Horng, X-Z Lin and J-Y Wang Ultrasonic Image Analsis for Liver Diagnosis, IEEE Engineering in Medicine and Biolog, p.93, 996. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 93

108 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 4 ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 4. Εισαγωγή Στο εν λόγω κεφάλαιο πραγματοποιείται βιβλιογραφική αναφορά σε μεθόδους που έχουν επεξεργαστεί ιστολογικά δεδομένα και στη συνέχεια παρουσιάζεται αναλυτικά η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την επεξεργασία των ιστολογικών εικόνων ενδομητρίου που ελήφθησαν με την απόξεση και βιοψία του ενδομητρίου. Η προτεινόμενη μεθοδολογία περιλαμβάνει κύριες διαδικασίες: α η πρώτη διαδικασία αφορά στην προ επεξεργασία των δεδομένων και συγκεκριμένα στη βελτίωση της ποιότητας των εικόνων και β η δεύτερη αφορά στον υπολογισμό ενός συνόλου χαρακτηριστικών μεγεθών που αναπαριστούν την υφή των εικόνων. 4. Βιβλιογραφική επισκόπηση Κατά την τελευταία δεκαετία, η διαρκής βελτίωση των αλγορίθμων επεξεργασίας εικόνας, επέτρεψε την ανάπτυξη νέων μεθόδων για τον υπολογισμό ενός συνόλου χαρακτηριστικών μεγεθών σε ιστολογικές εικόνες []. Οι ερευνητές τόσο στον τομέα της επεξεργασίας εικόνας όσο και στην παθολογο - ανατομία έχουν αναγνωρίσει τη σημασία της ποσοτικής ανάλυσης των ιστολογικών εικόνων. Η ποσοτική ανάλυση είναι σημαντική όχι μόνο για να υποβοηθήσει τη διάγνωση αλλά και για να εξηγήσει τις αιτίες εμφάνισης κάθε παθολογικής κατάστασης. Τις τελευταίες δεκαετίες, οι ιστολογικές εικόνες έχουν ευρέως χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της παθολογικής κατάστασης κάθε ασθενούς και συγκεκριμένα για τη μελέτη του παθολογικού ιστού. Ο καρκίνος του ενδομητρίου θεωρείται η πιο συχνή γυναικολογική κακοήθεια στις αναπτυσσόμενες χώρες []. Η μελέτη ιστολογικών εικόνων θεωρείται ως ο ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 94

109 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ χρυσός κανόνας για την κλινική διάγνωση του καρκίνου. Στην πράξη, οι παθολογο - ανατόμοι εξετάζουν μέσω του μικροσκοπίου το σχήμα των κυττάρων καθώς και την κατανομή αυτών σε διάφορες περιοχές του ιστού ώστε να καθορίσουν τις καρκινικές περιοχές καθώς και το βαθμό κακοήθειας. Η ανάλυση των ιστολογικών δεδομένων με τη χρήση μεθόδων επεξεργασίας εικόνας λαμβάνει χώρα για να συνδεθεί η μορφή των ιστών με τη γονιδιακή λειτουργία σε μοριακό επίπεδο [3]. Ο Lessmann και οι συνεργάτες του παρουσίασαν μια μέθοδο για την ανάλυση των ιστολογικών εικόνων στον τομέα της νευροπαθολογίας μέσω του υπολογισμού χαρακτηριστικών μεγεθών που προέρχονται από το χρώμα και τους μετασχηματισμούς του Διακριτού Μετασχηματισμού Κυματιδίου Discrete Wavelet Transform [4]. Παράλληλα, μια μέθοδο που υπολογίζει χαρακτηριστικά μεγέθη που βασίζονται στο χρώμα των ιστολογικών εικόνων καθώς και στον Διακριτό Μετασχηματισμό Κυματιδίων προτάθηκε από την ίδια ομάδα ερευνητών [5]. Ο Habiba και οι συνεργάτες του πρότειναν μια προσέγγιση για τον υπολογισμό χαρακτηριστικών μεγεθών σε ιστολογικές εικόνες ενδομητρίου, όπως το επιθηλιακό ύψος, η διάμετρος, η πυκνότητα του αδένα και η πυκνότητα των κυττάρων με σκοπό τη σύνδεση των κλασικών ιστολογικών χαρακτηριστικών με την εμφάνιση αιμορραγίας [6]. Επιπλέον, για την ανάλυση των ιστολογικών εικόνων, πολλαπλές μέθοδοι κατωφλίωσης χρησιμοποιήθηκαν με σκοπό την εξαγωγή χαρακτηριστικών μεγεθών, όπως το πλήθος των πυρήνων και το κυτταρόπλασμα. Τα χωρικά φίλτρα Cann, Sobel εφαρμόστηκαν με σκοπό τον υπολογισμό της έντασης των εικονοστοιχείων σε μια περιοχή ενδιαφέροντος καθώς και των γειτονικών τους ώστε να γίνει ο διαχωρισμός διαφόρων αντικειμένων, όπως τα κύτταρα από το υπόλοιπο περιβάλλον [7]. Επιπλέον, οι ιστολογικές εικόνες επεξεργάστηκαν με τη χρήση μορφολογικών τελεστών opening, closing με οκταγωνικά διαφορετικά δομικά στοιχεία για την εξαγωγή των κυττάρων [8]. Ένα σύνολο αλγορίθμων κατάτμησης εικόνων για την ανάλυση των ιστολογικών εικόνων σε επίπεδο κυττάρων με τη βοήθεια μορφολογικών τελεστών split/merge παρουσιάστηκε από τον Nedzved και τους συνεργάτες του [9]. Οι ιστολογικές εικόνες από διάφορα όργανα διαιρέθηκαν σε περιοχές ενδιαφέροντος και τα φίλτρα Gabor χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή ενός συνόλου χαρακτηριστικών ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 95

110 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ υφής []. Παράλληλα, η ανάλυση των αντικειμένων των ιστολογικών εικόνων με βάση τις scale ιδιότητες αυτών προτάθηκε από την ίδια ομάδα ερευνητών []. Ένα σύνολο χαρακτηριστικών του ιστολογικού ιστού υπολογίστηκε σε διάφορες κλίμακες ανάλυσης της εικόνας και επέτρεψε την πληρέστερη διάγνωση της παθολογικής κατάστασης του ιστού καθώς και την παρακολούθηση της πορείας της νόσου. Ο Loukas και οι συνεργάτες του παρουσίασαν έναν αλγόριθμο που στοχεύει στην ανίχνευση του συνολικού πλήθους των κυττάρων ανεξάρτητα από το μέγεθος τους, χρησιμοποιώντας μεθόδους ανίχνευσης ακμών καθώς και το πλήθος των πολλαπλασιαζόμενων κυττάρων με τη χρήση ανάλυσης κύριων συνιστωσών []. Η χρήση ενός συστήματος ανάλυσης εικόνας βάσει μορφολογικών χαρακτηριστικών προτάθηκε με σκοπό τη μελέτη των ατροφικών αδένων και τη διαστολή των αγγείων, ιδιαίτερα κοντά στην επιφάνεια του επιθηλίου [3]. Επιπλέον, ο Al Kadi και οι συνεργάτες του παρουσίασαν μια μέθοδο εξαγωγής 4 χαρακτηριστικών υφής σε ιστολογικές εικόνες και τα αποτελέσματα κατηγοριοποιήθηκαν με τη χρήση ενός Baesian κατηγοριοποιητή [4]. Ένας αλγόριθμος βασισμένος σε τοπικά δυαδικά πρότυπα LBP σε συνδυασμό με ένα σύνολο χαρακτηριστικών υφής, όπως τα χαρακτηριστικά του Haralick που έχουν υπολογιστεί σε εικόνες του παχέος εντέρου και οι οποίες έχουν επεξεργαστεί με τα φίλτρα Gabor, προτάθηκε από τον Linder και τους συνεργάτες του με σκοπό να διακρίνει τις περιοχές του επιθηλίου που παρουσιάζουν τα καρκινικά κύτταρα [5]. Τέλος, μια μέθοδος ανάλυσης των ιστολογικών εικόνων βάσει χαρακτηριστικών υφής, όπως τα κυματίδια Gabor Gabor wavelets προκειμένου να ανιχνευτούν οι περιοχές του ενδομητρίου με στόχο την υποβοήθηση της διάγνωσης της υπερπλασίας παρουσιάστηκε από τον Sharif και τους συνεργάτες του[6]. 4.3 Ιστολογικά Δεδομένα 4.3. Απόξεση και βιοψία ενδομητρίου Η ιστολογική εξέταση του ενδομητρίου αποτελεί μια από τις ασφαλέστερες μεθόδους διάγνωσης παθολογιών του ενδομητρίου [7]. Η έδρα των μη φυσιολογικών αιμορραγιών είναι η επιφάνεια του ενδομητρίου. Παρατηρούνται ρήξεις των τριχοειδικών πλεγμάτων και οι οποίες οφείλονται σε διαταραχές της ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 96

111 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ αγγειογένεσης, της δομής και της λειτουργικότητας των αγγείων. Αναφέρεται ότι πολλές αιτίες μη φυσιολογικής αιμορραγίας από τη μήτρα, όπως ο καρκίνος του ενδομητρίου, απαιτούν βιοψία προκειμένου να υπάρξει ακριβής διάγνωση και επιλογή της θεραπείας. Η απόξεση του ενδομητρίου είναι η παλαιότερη μέθοδος συλλογής δείγματος του ενδομητρίου. Περιγράφηκε για πρώτη φορά το 843 και από τότε έχει γίνει η πιο συχνή επέμβαση που πραγματοποιείται σε γυναίκες [8]. Πραγματοποιείται τις περισσότερες φορές με γενική αναισθησία, αλλά είναι δυνατόν να λάβει χώρα και με τοπική αναισθησία. Αρχικά, πραγματοποιείται διαστολή του τραχήλου, και στη συνέχεια ακολουθεί η απόξεση του ενδομητρίου με ειδικά ξέστρα και τέλος συλλογή του ιστού προς ιστολογική εξέταση. Οι επιπλοκές είναι σπάνιες, της τάξης του,9% και διακρίνονται σε άμεσες και απώτερες. Οι άμεσες είναι η διάτρηση της μήτρας, ο τραυματισμός του τραχήλου, η εκσεσημασμένη αιμορραγία, οι συσπάσεις της μήτρας, το άλγος και η αντίδραση στην αναισθησία. Οι απώτερες είναι η δημιουργία ενδομήτριων συμφύσεων σύνδρομο Asherman, η πυελική φλεγμονή, η απόφραξη σαλπίγγων και η τραχηλική ανεπάρκεια λόγω τραυματισμού του τραχήλου [9]. Πολλές φορές η επέμβαση εκτελείται και για θεραπευτικούς σκοπούς αφού σε μη φυσιολογική αιμορραγία εκ του ενδομητρίου, όταν το ενδομήτριο είναι πεπαχυσμένο, για τη διακοπή της αιμορραγίας θεωρείται απαραίτητη η εξαίρεση του ενδομητρίου. Η ανίχνευση εστιακών βλαβών του ενδομητρίου με την απόξεση θεωρείται δυσκολότερη από ότι με την υστεροσκόπηση. Συστήνεται κυρίως σε γυναίκες άνω των 35 ετών με διαταραχή της εμμηνορρυσίας, δηλαδή βαριά, παρατεταμένη ακανόνιστη αιμορραγία, αιμορραγία μετά την εμμηνόπαυση σε ασθενείς που λαμβάνουν θεραπεία ορμονικής υποκατάστασης, σε ασθενείς που λαμβάνουν ταμοξιφένη και σε ανεύρεση αυξημένου πάχους ενδομητρίου σε ασυμπτωματικές εμμηνοπαυσιακές ασθενείς. Η μέθοδος θεωρείται ασφαλής και οι επιπλοκές είναι ήπιες, ενώ αντενδείξεις για τη διενέργεια της βιοψίας αποτελούν η εγκυμοσύνη, η φλεγμονώδης νόσος της περιοχής και οι παθήσεις του πηκτικού μηχανισμού. Σημειώνεται ότι πολύ σπάνια έχουν παρατηρηθεί σοβαρές επιπλοκές, όπως διάτρηση της μήτρας και λοιμώξεις. Η μέθοδος της ενδομήτριας βιοψίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την διερεύνηση της υπογονιμότητας, όπως επίσης και σε γυναίκες που παρουσιάζουν αιμορραγία υπό θεραπεία με ταμοξιφένη, ή σε γυναίκες με ανωοθυλακιωορρηκτική αιμορραγία. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 97

112 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 4.3. Παθολογοανατομικά δεδομένα Η λανθάνουσα περίοδος για τον ενδομητρικό καρκίνο είναι μικρότερη των 5 ετών και η έκθεση μετεμμηνοπαυσιακά σε μη αντιρροπούμενα οιστρογόνα έστω και επί ένα και μόνο έτος αυξάνει τον κίνδυνο καρκίνου. Ιδιαίτερα, όταν είναι παρούσα ατυπία τότε το 5% των περιπτώσεων εμφανίζει καρκίνο εντός του έτους []. Κατά την μακροσκοπική εξέταση, το αρχικό σημείο της βλάβης στον ενδομητρικό καρκίνο μπορεί να εντοπίζεται σε μια εστία, όπως για παράδειγμα σε έναν ενδομητρικό πολύποδα, ή να είναι πολυεστιακό ή και διάχυτο καταλαμβάνοντας όλη την ενδομητρική κοιλότητα. Σε προχωρημένο στάδιο περιγράφονται περιπτώσεις όπου η βλάβη παρά τη διήθηση του μυομητρίου παραμένει περιγεγραμμένη σε μικρό τμήμα του ενδομητρίου, εντούτοις συνήθως προηγείται της διήθησης επέκταση σε όλο το ενδομήτριο. Η συχνότερη μορφή είναι η εξωφυτική με ανθοκραμβοειδή ανάπτυξη, εξελκώσεις και νεκρώσεις, και όταν η συγκεκριμένη μορφή επινέμεται του μυομητρίου παρατηρείται αύξηση του μεγέθους της μήτρας. Αναφέρεται ότι σπάνια εμφανίζεται ως επίπεδη κρατηριοειδής βλάβη που διηθεί το μυομήτριο []. Από ιστολογικής άποψης, πρώτο σε σειρά συχνότητας, περίπου το 7 75% των περιπτώσειων, είναι το αδενοκαρκίνωμα, της εμφάνισης του οποίου προηγείται συνήθως η ανάπτυξη σύνθετης υπερπλασίας με ατυπία. Συνηθίζεται να είναι ορμονοεξαρτώμενο τουλάχιστον όσον αφορά στον καλό και μέτριο βαθμό διαφοροποίησης και σχετικά καλής διάγνωσης. Σπανιότερο είναι το αδενοπλακώδες καρκίνωμα, δηλαδή το αδενοεπιδερμοειδές καρκίνωμα ή αδενοκαρκίνωμα με πλακώδη διαφοροποίηση, ή μικτό καρκίνωμα του ενδομητρίου όπου συνυπάρχει αδενοκαρκίνωμα και καρκίνωμα από πλακώδη κύτταρα. Αντιστοιχεί περίπου σε 5 % των περιπτώσεων ενδομητρικού καρκίνου και είναι συνήθως πτωχής διαφοροποίησης. Επίσης, το βλεννώδες καρκίνωμα αντιστοιχεί σε ποσοστό που δεν υπερβαίνει το 5%. Πολύ σπάνιοι ιστολογικοί υπότυποι είναι εκείνοι του καρκίνου εκ διαυγών κυττάρων, του θηλώδους καρκινώματος, του πλακώδους καρκινώματος και του εκκριτικού καρκινώματος του ενδομητρίου [] Προγνωστικοί παράγοντες Οι κύριοι προγνωστικοί παράγοντες του ενδομητρικού καρκινώματος αφορούν στον ιστολογικό τύπο και στο βαθμό διαφοροποίησης grading του όγκου, στο βαθμό της μυομητρικής διήθησης και στην πιθανότητα λεμφαδενικής ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 98

113 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ συμμετοχής. Τα δύο τελευταία αντικατοπτρίζουν το στάδιο της νόσου που αποτελεί τελικά και τον σπουδαιότερο καθοριστικό παράγοντα επιβίωσης της ασθενούς [, 3]. Το βάθος της μυομητρικής διήθησης κατηγοριοποιείται ως μηδενικό, επιφανειακό, είτε εν τω βάθει. Η επίπτωση της τοπικής και απομακρυσμένης λεμφαδενικής συμμετοχής είναι συνδεδεμένη με το βάθος της μυομητρικής διήθησης [4]. Συνεπώς, η εκτίμηση της τελευταίας θεωρείται από πολλούς ως σημαντική στην προεγχειρητική εκτίμηση και πρόγνωση. Διήθηση άνω του 5% του μυομητρίου αυξάνει τον κίνδυνο λεμφαδενικής μετάστασης μέχρι 9% και ελαττώνει σημαντικά την 5ετή επιβίωση []. Από τη στιγμή που ο όγκος διηθήσει το έξω τριτημόριο του μυομητρίου, λεμφαδενική συμμετοχή αναμένεται στο 46% των περιπτώσεων [5] Ιστολογία ενδομητρίου Το ενδομήτριο αποτελείται από αδένες που επικάθονται σε ένα ατρακτοειδές στρώμα, το επιθήλιο, τα κύτταρα του υποστρώματος, τις δικτυωτές ίνες, τη μεσοκυττάριο ουσία και ένα αναπτυγμένο αγγειακό και λεμφικό δίκτυο. Οι αδένες του ενδομητρίου αποτελούνται κυρίως από κυλινδρικά κύτταρα, ενώ ένας άλλος τύπος κυττάρων που παρατηρείται είναι τα κροσσωτά, με ωοειδή πυρήνα, τα οποία λόγω του διαυγούς κυτταροπλάσματος που διαθέτουν συχνά προσομοιάζουν τα διαυγή κύτταρα. Στο ενδομήτριο, στον ισθμό και στην είσοδο των σάλπιγγων παρατηρείται αριθμητική υπεροχή των κροσσωτών κυττάρων. Επίσης, στη μεσοκυκλική φάση του κύκλου και στις υπερπλασίες του ενδομητρίου απαντώνται σε μεγάλο αριθμό, λόγω του οιστρογονικού ερεθίσματος, ενώ ελαττώνονται στην εκκριτική φάση του κύκλου. Παράλληλα, τα διαυγή είναι ένα άλλο είδος κυττάρων που αποτελεί και έκφραση της μιτωτικής δραστηριότητας του ενδομητρίου και τα οποία παρατηρούνται αυξημένα στις υπερπλαστικές αλλοιώσεις του ενδομητρίου. Ο πυρήνας του αδενικού κυττάρου έχει αρχικά στην παραγωγική φάση σχήμα ωοειδές και είναι επίπεδος, με υψηλή περιεκτικότητα σε χρωματίνη. Η μέγιστη πυκνότητα του DNA παρατηρείται μεταξύ της ης και της 6 ης ημέρας του κύκλου. Παράλληλα, μιτωτική δραστηριότητα παρατηρείται ιδιαίτερα αυξημένη λίγο πριν την ωοθυλακιορρηξία. Κατά την εκκριτική φάση, ο πυρήνας είναι στρογγυλός με ελαττωμένη πυκνότητα DNA. Το πυρήνιο των αδενικών κυττάρων περιέχει μεγάλα ποσά RNA και κατά την αρχή της παραγωγικής φάσης είναι κοκκιώδες και συμπαγές, αυξάνοντας το μέγεθος του αρκετά στο μέσον του κύκλου. Ένα αποκλειστικό ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 99

114 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ χαρακτηριστικό του πυρηνίου, του ανθρώπινου ενδομητρίου, είναι η εμφάνιση ενός πολύπλοκου συστήματος σωληνίσκων, περί τον χρόνο της ωοθυλακιορρηξίας. Η λειτουργία του δεν έχει πλήρως διευκρινιστεί, αλλά είναι σίγουρο ότι αποτελεί το όργανο με το οποίο νέα μόρια mrna φτάνουν στο κυτταρόπλασμα, επιτρέποντας με αυτόν τον τρόπο τη σύνθεση νέων πρωτεϊνών κατά την εκκριτική φάση. Στο κυτταρόπλασμα των αδενικών κυττάρων κατά την παραγωγική φάση ανευρίσκονται RNA, ριβοσώματα τα οποία μπορεί να βρίσκονται ελεύθερα ή να καταλαμβάνουν θέσεις στο ενδοπλασματικό δίκτυο, που σε αυτή τη φάση είναι τραχύ, σωροί ινιδίων, η συσκευή Golgi που περιέχει εκκριτικά κοκκία καθώς και μιτοχόνδρια που αυξάνουν σε μέγεθος και σε αριθμό. Το κυτταρόπλασμα των αδενικών κυττάρων με την πρόοδο της εκκριτικής φάσης αυξάνει την περιεκτικότητα του σε γλυκογόνο, όξινους και ουδέτερους βλεννοπολυσακχαρίτες, λιπίδια, φωσφατίδια, διάφορα ένζυμα, το ενδοπλασματικό δίκτυο μετατρέπεται από τραχύ σε λείο, τα μιτοχόνδρια λαμβάνουν γιγαντιαίο μέγεθος, και εμφανίζονται τα τελικά εκκριτικά κοκκία στην πλέον πλήρως σχηματισμένη συσκευή του Golgi. Η εκκριτική δραστηριότητα καθίσταται εμφανής με την απέκκριση μεγάλων ποσοτήτων εκκριτικών κοκκίων από το κυτταρόπλασμα, κατά την 8 η και η ημέρα του κύκλου, κατά μήκος του αδενικού αυλού. Ο αριθμός τους σταδιακά ελαττώνεται και περί την η ημέρα του κύκλου έχουν απομείνει ελάχιστες ποσότητες, ενώ την 3 η ημέρα και την 4 η ημέρα αποδομείται και το ενδοπλασματικό δίκτυο. Το καλυπτικό ή επιπολής επιθήλιο υφίσταται παρόμοιες μεταβολές με εκείνες που παρατηρούνται κατά τη διάρκεια της παραγωγικής φάσης στα κύτταρα του αδενικού επιθηλίου. Ο αριθμός των κροσσωτών κυττάρων που περιέχει κατά την παραγωγική φάση είναι πολύ μεγαλύτερος από αυτόν του αδενικού επιθηλίου. Στις αρχές της εκκριτικής φάσης δεν παρατηρείται παραγωγή όξινων βλεννοπολυσακχαριτών και οι ουδέτεροι βλεννοπολυσακχαρίτες ανευρίσκονται σπάνια. Επίσης, η εμφάνιση του γλυκογόνου του κυτταροπλάσματος πραγματοποιείται νωρίτερα και ανευρίσκεται σε μεγαλύτερες ποσότητες και για περισσότερο χρονικό διάστημα σε σχέση με το αδενικό επιθήλιο. Η δραστηριότητα της όξινης φωσφατάσης δεν είναι τόσο έντονη όπως στο αδενικό επιθήλιο, αλλά η περιεκτικότητα σε φωσφατίδια είναι υψηλότερη. Πρέπει επίσης να τονιστεί η υψηλή περιεκτικότητα RNA σε όλες τις φάσεις του κύκλου τόσο στο κυτταρόπλασμα όσο και στο πυρήνιο. Κατά την εκκριτική φάση, οι ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

115 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ κροσσοί των κυττάρων αποδομούνται και καθώς η επιφάνεια των κυττάρων αυξάνει και προβάλλει στην κοιλότητα της μήτρας, το μέγεθος των κροσσών ελαττώνεται. Η διαφορά μεταξύ αδενικού και καλυπτικού επιθηλίου είναι πράγματι λειτουργικής φύσης εξαιτίας της έκκρισης του επιπολής επιθηλίου για την εμφύτευση της βλαστοκύστης. Το υπόστρωμα του ενδομητρίου αποτελείται από πολυδύναμα, μεσεγχυματικά κύτταρα, τα οποία με την έναρξη του εμμηνορρυσιακού κύκλου είναι ατρακτοειδή, ελάχιστα διαφοροποιημένα, συνδέονται μεταξύ τους με κυτταροπλασματικές γέφυρες και βρίσκονται μέσα σε ένα πλέγμα δικτυωτών ινών. Στην αρχή του εμμηνορρυσιακού κύκλου, το κυτταρόπλασμα των κυττάρων είναι περιορισμένο και περιβάλλει τον πυκνό και υπερχρωματικό πυρήνα. Προς το τέλος της παραγωγικής φάσης, το υλικό από το οποίο αποτελείται ο πυρήνας γίνεται λιγότερο πυκνό, το πυρήνιο εμφανίζεται μεγαλύτερο και πιο ευδιάκριτο, ενώ στην πυρηνική μεμβράνη εμφανίζονται αναδιπλώσεις. Το RNA συσσωρεύεται στο κυτταρόπλασμα, με αύξηση του λείου και του τραχέως ενδοπλασματικού δικτύου. Ελάχιστα αναπτύσσονται η συσκευή του Golgi και τα μιτοχόνδρια, ενώ ίνες κολλαγόνου αρχίζουν να εμφανίζονται κυρίως έξω από τα κύτταρα. Κατά τη διάρκεια της εκκριτικής φάσης, παρατηρείται αύξηση του αριθμού και του μεγέθους των μιτοχονδρίων, του λείου ενδοπλασματικού δικτύου, διόγκωση της συσκευής Golgi και ελάττωση του αριθμού των ριβοσωμάτων. Την εμφάνιση τους κάνουν κενοτόπια και εκκριτικά κοκκία στις προσεκβολές του κυτταροπλάσματος. Από την η ημέρα του κύκλου και μετά η παρουσία γλυκογόνου και γλυκοπρωτεϊνών είναι πλέον έκδηλη, ενώ ορισμένα κύτταρα του υποστρώματος περιέχουν σταγονίδια λιπιδίων. Καθώς στα κύτταρα του υποστρώματος συγκεντρώνονται μεγάλες ποσότητες λιπιδίων, αυτά αποκτούν μέγεθος εφάμιλλο των φθαρτοειδών κυττάρων και το κυτταρόπλασμα τους αποκτά αφρώδη εμφάνιση, κατά τέτοιο τρόπο που είναι δυνατόν να εκληφθούν ως μακροφάγα ή λιποφάγα. Αυτό συμβαίνει λόγω της υπερπαραγωγής των οιστρογόνων. Αναφέρεται ότι τα λιπίδια αντιπροσωπεύουν συσσώρευση αυτών ή των μεταβολιτών τους. Στα μέσα της εκκριτικής φάσης, τα κύτταρα του συμπαγούς τμήματος της λειτουργικής στιβάδας παύουν τη μιτωτική τους δραστηριότητα και διαφοροποιούνται προς δύο κατευθύνσεις. Το ήμισυ περίπου από αυτά μεγαλώνουν ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

116 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ και γίνονται στρογγυλά διαθέτοντας την ικανότητα να μετατρέπονται σε προφθαρτοειδή κύτταρα με φυσσαλιδώδη πυρήνα και αρκετό διαυγές κυτταρόπλασμα. Τα υπόλοιπα κύτταρα συσσωρεύονται, συρρικνώνονται στα μικρά στρογγυλά κοκκιοκύτταρα του ενδομητρίου, τα οποία διακρίνονται από τα χαρακτηριστικά περίεργα των πυρήνων καθώς και από τα κοκκία του κυτταροπλάσματος. Ο υπερχρωματικός και πλούσιος σε DNA πυρήνας τους ευθύνεται για την αύξηση του DNA του υποστρώματος σε αυτή τη φάση. Αυτά τα κοκκιοκύτταρα περιέχουν ένα μεγάλο πολυπεπτιδικό μόριο πλούσιο σε τυροσίνη και τρυπτογάνη και τα ένζυμα, εστεράση και όξινη φωσφατάση. Επίσης, περιέχουν και ρηλαξίνη πιθανώς συνδεδεμένη στα λυσοσώματα, η οποία αποδεσμεύεται μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Για αυτόν το λόγο, πριν την έμμηνο ρύση, αυτή απελευθερώνεται και εξαρτάται από την πτώση των επιπέδων της προγεστερόνης, η οποία συνεπάγεται την αύξηση της διαπερατότητας της λυσοσωματικής μεμβράνης. Αναφέρεται ότι άλλες κυτταρικές μορφές που συναντιούνται στο υπόστρωμα είναι τα λεμφοκύτταρα, που ανευρίσκονται σε όλες τις στιβάδες του ενδομητρίου, τα ιστιοκύτταρα υπεύθυνα για την φαγοκυττάρωση και τα μαστοκύτταρα. Τα πλασματοκύτταρα, τα εωσινόφιλα και τα πολυμορφοπύρηνα αυξάνονται σημαντικά σε περιπτώσεις φλεγμονωδών εξεργασιών του ενδομητρίου. Σε αντίθεση με τις ίνες κολλαγόνου, οι δικτυωτές ίνες είναι δυνατόν να δημιουργούνται μέσα σε λίγες ημέρες και να σχηματίζουν ένα πυκνό πλέγμα. Ενώ το υπόστρωμα της βασικής στιβάδας του ενδομητρίου, όπως και της περιοχής του ισθμού, παραμένει πυκνό σε όλο τον εμμηνορυσιακό κύκλο, οι δικτυωτές ίνες της λειτουργικής στιβάδας τροποποιούνται ουσιαστικά κατά τη διάρκεια αυτού. Οι δικτυωτές ίνες σχηματίζονται από την η έως την 4 η ημέρα της παραγωγικής φάσης από τα κύτταρα του υποστρώματος, ενώ ακολούθως απελευθερώνονται και ωριμάζουν εξωκυττάρια. Με το μικροσκόπιο, παρατηρούνται στο υπόστρωμα τις πρώτες 8 ημέρες της παραγωγικής φάσης, ελάχιστες δικτυωτές ίνες. Καθώς όμως πλησιάζει η ωοθυλακιορρηξία γίνονται περισσότερο πυκνές, βαθυχρωματικές και μεγαλύτερης διαμέτρου. Κατά την εκκριτική φάση, απομακρύνονται προσωρινά μεταξύ τους από το επίσης προσωρινό οίδημα του υποστρώματος, έτσι ώστε η πυκνότητά τους να ελαττώνεται. Περίπου, στην 4 η εβδομάδα του εμμηνορρυσιακού κύκλου, περιβάλλουν τα φθαρτοειδή κύτταρα του υποστρώματος ενώ παράλληλα σχηματίζουν ένα πυκνό πλέγμα γύρω από τους αδένες και τις σπειροειδείς αρτηρίες. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

117 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Καθώς τα επίπεδα της προγεστερόνης μειώνονται προς το τέλος του εμμηνορυσιακού κύκλου και απελευθερώνεται η ρηλαξίνη από τα κοκκιοκύτταρα, αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη διάσπαση των δικτυωτών ινών που περιβάλλουν τα κοκκιοκύτταρα και ακολούθως τον επίσης διαμελισμό των δικτυωτών ινών της συμπαγούς στιβάδας. Παράλληλα, κάτω από αυτές τις συνθήκες, οι αδένες διαχωρίζονται από το υπόστρωμα καθώς και τα κύτταρα του υποστρώματος μεταξύ τους. Όσο χρονικό διάστημα το ωχρό σωμάτιο παράγει προγεστερόνη, οι δικτυωτές ίνες παραμένουν ακέραιες. Στην περίπτωση εμφύτευσης της βλαστοκύστης αυτές διαλύονται. Είναι γεγονός ότι το πλέγμα των δικτυωτών ινών υφίσταται λειτουργικές αλλαγές όπως και άλλα στοιχεία του ενδομητρίου. Από την εμφάνιση και την ποιότητα των δικτυωτών ινών, είναι δυνατόν να αξιολογηθεί η λειτουργική κατάσταση και να εκτιμηθεί η ορμονική ισορροπία του ενδομητρίου. Η μεσοκυττάριος ουσία είναι αυτή που περιβάλλει τα κύτταρα του υποστρώματος και τα ινώδη στοιχεία του, συμμετέχοντας ουσιαστικά στη διαδικασία της εμφύτευσης. Σε ένα φυσιολογικό εμμηνορυσιακό κύκλο, φαίνεται ότι αυτή διανύει τρεις φάσεις. Κατά την πρώϊμη και μέση παραγωγική φάση, περιέχει ουδέτερους και όξινους πολυσακχαρίτες. Ενώ, στην όψιμη παραγωγική φάση, η μεσοκυττάριος ουσία διαλύεται σε υποομάδες μικρομοριακών ενώσεων. Κατά την η εβδομάδα της εκκριτικής φάσης, αυξάνεται σε ποσότητα και το υπόστρωμα αποκτά χαλαρότερη σύσταση. Στη μέση εκκριτική φάση παρατηρείται οίδημα αυτής καθώς και του υποστρώματος. Η αιματική παροχή του ενδομητρίου εξασφαλίζεται από τις μητριαίες αρτηρίες οι οποίες είναι κλάδοι των έσω λαγονίων, καθώς και από τις ωοθηκικές οι οποίες είναι κλάδοι της κοιλιακής αορτής. Η μητριαία αρτηρία δίνει τις τοξοειδείς αρτηρίες οι οποίες αναστομώνονται μεταξύ τους και σχηματίζουν έναν αγγειακό δακτύλιο γύρω από την κοιλότητα της μήτρας. Από αυτές, αρχίζουν οι ακτινωτές αρτηρίες, με κάθετη πορεία στην ενδομήτρια κοιλότητα, για να τροφοδοτήσουν το ενδομήτριο. Σε μια οριακή περιοχή μεταξύ μυομητρίου και ενδομητρίου, διακρίνονται οι μικροί ευθείς κλάδοι οι οποίοι αγγειώνουν τη βασική στιβάδα και οι σπειροειδείς αρτηρίες οι οποίες αιματώνουν τη λειτουργική στιβάδα του ενδομητρίου. Αναφέρεται ότι οι αρτηρίες της βασικής στιβάδας δε μεταβάλλονται ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

118 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ κατά τη διάρκεια του κύκλου. Αντίθετα, αυτές της λειτουργικής στιβάδας, παρουσιάζουν εξαιρετικά μεγάλη ευαισθησία στις ωοθηκικές ορμόνες αλλάζοντας σχήμα και μέγεθος. Οι σπειροειδείς αρτηρίες δεν αναστομώνονται μεταξύ τους και αναγεννώνται από τα κολοβώματα που παραμένουν μετά την απόπτωση της λειτουργικής στιβάδας κατά την έμμηνο ρύση. Υπό την επίδραση της οιστραδιόλης, αναπτύσσονται κατά την παραγωγική φάση φτάνοντας μέχρι το καλυπτικό επιθήλιο προς το τέλος της, ενώ κατά την εκκριτική φάση η προγεστερόνη δρα στην επιμήκυνση και στην αύξηση της ελίκωσής τους. Οι αδένες και το στρώμα του ενδομητρίου τροφοδοτούνται από τριχοειδικά αγγεία τα οποία προέρχονται από τις σπειροειδείς αρτηρίες. Τα εν λόγω αγγεία καταλήγουν σε ένα ενιαίο φλεβώδες πλέγμα και από εκεί στις τοξοειδείς φλέβες του μυομητρίου που τελικά θα καταλήξουν στις μητριαίες φλέβες. Επίσης, και οι δύο στιβάδες του ενδομητρίου περιέχουν πλέγμα λεμφικών τριχοειδών που καταλήγει στο κεντρικό λεμφικό σύστημα της μήτρας Συλλογή ιστολογικών εικόνων Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στην Πανεπιστημιακή Κλινική Μαιευτικής και Γυναικολογίας στο νοσοκομείο Αρεταίειο. Η διάγνωση του καρκίνου του ενδομητρίου γίνεται με απόξεση. Επιπλέον, δεν εφαρμόζεται κάποια προεγχειρητική θεραπεία σε καμία από τις ασθενείς. Τα στοιχεία που επιλέγονται για έλεγχο, λαμβάνονται χρησιμοποιώντας μια κάμερα,3 megapiel INFINITY, Media Cbernetics, USA που συνδέεται με ένα σταθερό μικροσκόπιο CX3, Olmpus και διαθέτει οπτικό σχεδιασμό UIS σύστημα διορθωμένο στο άπειρο. Το διόφθαλμο οπτικό μικροσκόπιο φωτός σε μεγέθυνση 4 και χρησιμοποιείται για την παρατήρηση των ιστολογικών τομών, ενώ μέσω ειδικού μετατροπέα που φέρει η κάμερα και είναι συνδεδεμένος με ηλεκτρονικό υπολογιστή, κάθε εικόνα αποθηκεύεται ψηφιακά απευθείας σε αυτόν. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

119 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Εικόνα 4.. Μικροσκόπιο CX3, Olmpus [microscope.olmpus-global.com]. Το μέγεθος κάθε ιστολογικής εικόνας είναι.44.8 εικονοστοιχεία. Σε αυτές, ειδική παθολογοανατόμος επιλέγει περιοχές ενδιαφέροντος μεγέθους 3 3 εικονοστοιχεία. Ακολούθως, παρουσιάζονται ιστολογικές εικόνες που εξετάστηκαν από ασθενείς που πάσχουν από καρκίνο ενδομητρίου καθώς και από άτομα στα οποία δε διακρίνεται κάποια παθολογική κατάσταση Εικόνα 4. και Εικόνα 4.3. Εικόνα 4.. Ιστολογική εικόνα με καρκίνο ενδομητρίου. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

120 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Εικόνα 4.3. Φυσιολογική ιστολογική εικόνα. 4.4 Προ - επεξεργασία ιστολογικών δεδομένων Η μέθοδος προ επεξεργασίας στοχεύει στη βελτίωση της ποιότητας των ιστολογικών δεδομένων με εφαρμογή κατάλληλων διαδικασιών για την ενίσχυση της αντίθεσης των εικόνων. Ο αλγόριθμος που χρησιμοποιείται περιγράφεται αναλυτικά στο κεφάλαιο 3.4 [6, 7]. 4.5 Υπολογισμός χαρακτηριστικών μεγεθών υφής Τα χαρακτηριστικά υφής που υπολογίζονται κατηγοριοποιούνται σε 3 ομάδες: α τα χαρακτηριστικά που βασίζονται σε μετασχηματισμούς κυματιδίων wavelet transforms, β τα χαρακτηριστικά που βασίζονται σε μετασχηματισμούς Gabor Gabor wavelets και γ τα χαρακτηριστικά ενέργειας υφής που βασίζονται στις μάσκες του Law Χαρακτηριστικά από μετασχηματισμούς κυματιδίων Ο J. Fourier 87 αποδεικνύοντας ότι κάθε περιοδική συνάρτηση μπορεί να γραφτεί ως άθροισμα ημιτόνων και συνημιτόνων, άνοιξε ένα νέο δρόμο στον κόσμο των συναρτήσεων. Ο γνωστός μετασχηματισμός Fourier επεκτείνει τα σήματα που βασίζονται κυρίως στον χρόνο σε ορθογωνικές συναρτήσεις βάσης, ημιτονοειδείς και συνημιτονοειδείς, αποκαλύπτοντας με αυτόν τον τρόπο τον παράγοντα συχνότητα που περιέχουν τα σήματα. Τα περισσότερα σήματα στην ιατρική δεν είναι στάσιμα και τις περισσότερες φορές έχουν ιδιαιτέρως περίπλοκα χαρακτηριστικά όσον αφορά στο πεδίο χρόνου συχνότητας, όπως σύντομες, υψηλής συχνότητας συνιστώσες τη ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 6

121 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ μια μετά την άλλη που συνοδεύονται από μακράς διάρκειας και χαμηλής συχνότητας συνιστώσες με παρόμοιες συχνότητες [8]. Εξερευνώντας την έννοια των συναρτήσεων, τη σύγκλιση των σειρών Fourier και τα ορθογώνια συστήματα, οι ερευνητές στη συνέχεια οδηγήθηκαν από την υπάρχουσα έννοια της ανάλυσης συχνότητας στην έννοια της ανάλυσης κλίμακας, που σημαίνει στην ανάλυση μιας συνάρτησης δημιουργώντας μαθηματικές δομές με μεταβλητή κλίμακα. Για αυτόν το λόγο, το 99 αναφέρθηκε από τον Haar για πρώτη φορά η έννοια των κυματιδίων και ο οποίος τότε δημιούργησε μια μεταβλητής κλίμακας συνάρτηση βάσης, την αποκαλούμενη με το όνομα του. Οι μετασχηματισμοί κυματιδίων επεκτείνουν το σήμα σε βασικές συναρτήσεις που δημιουργούνται επεκτείνοντας, συρρικνώνοντας και μετατοπίζοντας μια μεμονωμένη συνάρτηση ειδική για κάθε σήμα ξεχωριστά. Ειδικότερα, οι μετασχηματισμοί κυματιδίων συμπεριφέρονται όπως ένα μαθηματικό μικροσκόπιο, έτσι ώστε τα διάφορα μέρη του σήματος να μπορούν να υποστούν επεξεργασία απλά προσαρμόζοντας το φακό [8]. Συνεχίζοντας τη θεωρία του Haar, ο S. Mallat έδωσε νέα ώθηση στην ανάπτυξη της θεωρίας των κυματιδίων στην ψηφιακή επεξεργασία σήματος. Ανακάλυψε τη διασύνδεση μεταξύ των τετραγωνικών κατοπτρικών φίλτρων quadrature mirror filters, των αλγορίθμων πυραμίδας και των ορθοκανονικών κυματιδιακών βάσεων [9, 3]. Η εν λόγω ανακάλυψη έγινε η βάση ώστε η Ingrid Daubechies να ολοκληρώσει τη μελέτη του Haar, δημιουργώντας ορθοκανονικές βάσεις κυματιδίων οι οποίες παρείχαν μια πιο αποδοτική ανάλυση και σύνθεση από το σύστημα Haar. Γενικότερα, ένα σήμα αναλύεται ως ακολούθως: 4. όπου είναι οι πραγματικές τιμές των συντελεστών επέκτασης και είναι ένα σύνολο πραγματικών συναρτήσεων t που ονομάζεται σύνολο επέκτασης. Αν η επέκταση είναι μοναδική τότε το σύνολο ονομάζεται βάση για την τάξη των συναρτήσεων που εκφράζει, ενώ αν η βάση είναι ορθογωνική εξίσωση 4. τότε ισχύει η ακόλουθη σχέση: ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 7

122 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 4. Οι συντελεστές μπορούν να υπολογιστούν από το εσωτερικό γινόμενο εξίσωση 4.3 όπου μοναδικός συντελεστής: 4.3 Για ανάλυση στις δύο διαστάσεις, η εξίσωση 4. μετατρέπεται στην εξίσωση 4.4 όπου είναι οι συναρτήσεις επέκτασης κυματομορφής, οι οποίες τις περισσότερες φορές σχηματίζουν μια ορθογωνική βάση. 4.4 Στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιήθηκε ο διακριτός μετασχηματισμός κυματιδίου Discrete Wavelet Transform, DWT, ο οποίος αφορά σε συναρτήσεις συνεχούς χρόνου αλλά υπολογισμένος σε διακριτό πλέγμα. Ο λόγος που το σήμα είναι διακριτό, είναι γιατί πρέπει να έχει υποστεί δειγματοληψία σε διακριτές χρονικές στιγμές. Ο διακριτός μετασχηματισμός κυματιδίου αποτελεί ένα εργαλείο στο πεδίο της επεξεργασίας σήματος και ειδικότερα της επεξεργασίας εικόνας, με ιδιαίτερη χρησιμότητα στη συμπίεση δεδομένων. Στα πλαίσια του εν λόγω μετασχηματισμού, κυματίδιο είναι μια ορθογώνια συνάρτηση που μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα πεπερασμένο σύνολο δεδομένων. Η αξία του διακριτού μετασχηματισμού κυματιδίου, ως εργαλείο σε χρόνο και συχνότητα, οφείλεται στην άριστη τοπικότητα που παρουσιάζει τόσο στο πεδίο του χρόνου, όσο και στο πεδίο της συχνότητας. Το σύνολο των συντελεστών επέκτασης ονομάζεται Διακριτός Μετασχηματισμός Κυματιδίου Discrete Wavelet Transform, DWT της και η εξίσωση 4.4 είναι ο αντίστροφος μετασχηματισμός της [3]. Αναμφισβήτητα, η αποτελεσματικότητα των συστημάτων επέκτασης κυματιδίων εξαρτάται από τις δύο βασικές έννοιες της μετατόπισης και της κλιμάκωσης. Καθώς μεταβάλλεται ο δείκτης k, η θέση του κυματιδίου μετακινείται κατά μήκος του οριζόντιου άξονα. Αυτό επιτρέπει στη μέθοδο επέκτασης να παρουσιάσει αναλυτικά τη θέση των αντιδράσεων στο χρόνο ή στο χώρο. Καθώς ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 8

123 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ μεταβάλλεται ο δείκτης j, η μορφή του κυματιδίου αλλάζει σε κλίμακα, γεγονός που δίνει τη δυνατότητα λεπτομερούς ή αναλυτικής παρουσίασης. Καθώς ο δείκτης j μεγαλώνει, οι κινήσεις στο πεδίο του χρόνου μικραίνουν. Συγκεκριμένα, το πόσο συχνότερα είναι τα κυματίδια καθώς και το πόσο μικρότερα είναι τα βήματα, είναι οι παράγοντες που καθορίζουν το βαθμό λεπτομέρειας ή την υψηλότερη ανάλυση της παρουσίασης. Ένα σύνολο συναρτήσεων κλιμάκωσης ορίζεται όσον αφορά στις ακέραιες μετατοπίσεις των βασικών συναρτήσεων κλιμάκωσης από την ακόλουθη σχέση: 4.5 Ο υποχώρος που δημιουργείται από τις παραπάνω συναρτήσεις ορίζεται από την εξίσωση 4.6 για κάθε ακέραιο : 4.6 Αναφέρεται ότι η οριζόντια γραμμή δηλώνει κλειστό διάστημα, γεγονός που σημαίνει ότι ισχύει η εξίσωση 4.7 για κάθε. 4.7 Μια δισδιάστατη οικογένεια συναρτήσεων παράγεται από τις βασικές συναρτήσεις κλιμάκωσης μετατοπίζοντας και κλιμακώνοντας τη εξίσωση 4.8, της οποίας το διάστημα γύρω από το k δίνεται από την εξίσωση 4.9: 4.8 =, 4.9 Δηλαδή, αν την εξίσωση 4.: τότε η εν λόγω συνάρτηση μπορεί να εκφραστεί από ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 9

124 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 4. Διαπιστώνεται ότι για, το διάστημα μπορεί να είναι μεγαλύτερο εφόσον το είναι συχνότερο και μετατοπίζεται με μικρότερα βήματα, παρουσιάζοντας πιο ακριβή λεπτομέρεια. Αντιθέτως, για, το είναι αραιότερο και μετατοπίζεται με μεγαλύτερα βήματα. Αυτό σημαίνει ότι αυτές οι ευρύτερες συναρτήσεις κλιμάκωσης είναι δυνατόν να παρουσιάσουν μόνο μη επεξεργασμένες πληροφορίες και ο χώρος που ορίζουν να είναι μικρότερος [3]. Τα πιο συνηθισμένα είδη συστημάτων κυματιδίων που παρουσιάζονται σε μελέτες είναι τα κυματίδια Haar, τα κυματίδια Daubechies, τα κυματίδια Meer s, τα κυματίδια Coiflet και τα κυματίδια Sinc. Στην παρούσα μελέτη, επιλέχθηκε η χρήση των συστημάτων Daubechies, αφού τα εν λόγω κυματίδια πλεονεκτούν σε σχέση με τα άλλα κυματίδια, στο γεγονός ότι έχουν πεπερασμένο μήκος στο χώρο, ιδιότητα που βελτιώνει την ανάλυση σε χρόνο των wavelet. Τα κυματίδια της Daubechies DbN, όπου Ν είναι μια παραμετρική τιμή η οποία εκφράζει τον αριθμό των μηδενιζόμενων ροπών, δε διαθέτουν αναλυτική έκφραση, εκτός του πρώτου μέλους της οικογένειας Db το οποίο είναι το κυματίδιο Haar. Παρόλα αυτά, το μέτρο της συνάρτησης μεταφοράς του h διαθέτει αναλυτική έκφραση, η οποία θεωρείται απλή. Όλα τα μέλη της οικογένειας των εν λόγω συστημάτων δε θεωρούνται συμμετρικά, λόγω του γεγονότος ότι είναι φίλτρα ελάχιστης φάσης. Αναφέρεται ότι για κάποια από αυτά, η ασυμμετρία θεωρείται πολύ εμφανής. Παρόλα αυτά, τα εν λόγω εξασφαλίζουν ορθογώνια ανάλυση του σήματος. Σύμφωνα με την Daubechies, ο μετασχηματισμός κυματιδίων αποτελεί εργαλείο το οποίο «κόβει» δεδομένα, λειτουργίες ή τελεστές σε διαφορετικά συχνοτικά συστατικά και στη συνέχεια μελετά το κάθε συστατικό σε μια ανάλυση αντίστοιχη με την κλίμακα του. Αυτό σημαίνει ότι τα κυματίδια αποτελούν μια μαθηματική συνάρτηση που χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό μιας δεδομένης συνάρτησης ή σήματος συνεχούς χρόνου σε διαφορετικές συχνοτικές συνιστώσες. Το κύριο χαρακτηριστικό των συστημάτων Daubechies είναι ότι τα πολυώνυμα χαμηλής τάξης συμπεριλαμβάνονται πλήρως στα διαστήματα των συναρτήσεων κλιμάκωσης χωρίς να απαιτείται η ύπαρξη κυματιδίων. Αυτό σημαίνει ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

125 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ότι όταν ένα τμήμα ενός σήματος είναι ταυτόχρονα και τμήμα ενός πολυωνύμου, δεν υπάρχουν συντελεστές επέκτασης κυματιδίων, ενώ όταν ο υπολογισμός των συντελεστών επέκτασης υπερβαίνει κάποιο όριο, υπάρχει συνιστώσα κυματιδίου. Κάθε σήμα στο χώρο μπορεί να παρουσιαστεί από τη συνάρτηση στην εξίσωση 4., όπου το δισδιάστατο σύνολο των συντελεστών ονομάζεται διακριτός μετασχηματισμός κυματιδίων της. 4. Οι συνιστώσες περίπτωση που τα υπολογίζονται χρησιμοποιώντας την εξίσωση 4., στην σχηματίζουν ορθογωνική βάση για το χώρο των σημάτων. 4. Ο διακριτός μετασχηματισμός κυματιδίων σχετίζεται με δύο δείκτες, την τιμή k της μετατόπισης του χρόνου και το δείκτη που φανερώνει την κλιμάκωση j. Ενώ παρουσιάζει πολλές ομοιότητες με τις σειρές Fourier, θεωρείται ότι είναι μια μέθοδος πολύ πιο ευέλικτη, αφού μπορεί να μετατραπεί σε περιοδική ώστε να παρουσιάσει αποτελεσματικά ένα περιοδικό κύμα, ή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μη περιοδικά σήματα με πολύ καλά αποτελέσματα [3]. Στην παρούσα μελέτη, υπολογίζεται η ενέργεια βασισμένη στους συντελεστές που παράγονται από την εφαρμογή του διακριτού μετασχηματισμού κυματιδίων. Ο μετασχηματισμός κυματιδίου διαχωρίζει την εικόνα σε 4 μέρη. Αναλυτικά, δημιουργείται μια εικόνα στην οποία έχει εφαρμοστεί χαμηλοπερατό φίλτρο οριζόντια και κατακόρυφα, μια εικόνα στην οποία έχει εφαρμοστεί χαμηλοπερατό φίλτρο κατακόρυφα και υψιπερατό φίλτρο οριζόντια, μια εικόνα στην οποία έχει εφαρμοστεί χαμηλοπερατό φίλτρο οριζόντια και υψιπερατό φίλτρο κατακόρυφα και μια εικόνα στην οποία έχει εφαρμοστεί υψιπερατό φίλτρο οριζόντια και κατακόρυφα, όπου p=,, καθορίζει το επίπεδο ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

126 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ανάλυσης. Ακολούθως, δίνεται το χαρακτηριστικό της ενέργειας που υπολογίζεται για κάθε εικόνα και για κάθε επίπεδο ανάλυσης εξίσωση 4.3: Χαρακτηριστικά από μετασχηματισμούς Gabor Tα τελευταία χρόνια δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην χρήση της πολυκαναλικής ανάλυσης με τα φίλτρα Gabor για την ανάλυση της υφής ψηφιακών εικόνων. Τα φίλτρα Gabor αποτελούν κατηγορία κυματιδίου. Έχουν την ιδιότητα να πετυχαίνουν βέλτιστη ανάλυση και στο πεδίο του χώρου αλλά και της χωρικής συχνότητας. Η συνέλιξη των εικόνων με τα φίλτρα Gabor οδηγεί σε ένα σύνολο φιλτραρισμένων εικόνων. Κάθε μια από τις εικόνες που προκύπτει αποτελεί την αναπαράσταση της πληροφορίας της εικόνας σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο ανάλυσης και σε μια συγκεκριμένη διεύθυνση [3]. Τα φίλτρα Gabor αποτελούν ζωνοπερατά φίλτρα με συντονισμένο προσανατολισμό, κεντρική συχνότητα και εύρος ζώνης. Τα φίλτρα Gabor είναι ουσιαστικά ημιτονοειδή σήματα διαμορφωμένα από τη συνάρτηση του Gauss. Αναλυτικά, ένα δισδιάστατο φίλτρο Gabor δίνεται από την παρακάτω εξίσωση: g, ep jw 4.4 Οι παράμετροι του φίλτρου Gabor είναι η συχνότητα διαμόρφωσης W του ημιτονοειδούς επιπέδου κύματος κατά τον οριζόντιο άξονα και οι, τυπικές αποκλίσεις κατά τους άξονες και της συνάρτησης του Gauss που χαρακτηρίζουν το χωρικό εύρος του φίλτρου στις διευθύνσεις και αντίστοιχα. Αναφέρεται ότι η g, είναι μια γκαουσιανή διαμορφωμένη συνάρτηση με ένα μιγαδικό ημιτονοειδές. Για μια εικόνα I, μεγέθους M N, ο διακριτός μετασχηματισμός Gabor δίνεται από την εξίσωση 4.5 όπου s, t είναι οι μεταβλητές μεγέθους του φίλτρου και * g mn είναι ο συζυγής μιγαδικός του g mn που αντιστοιχεί σε μια ομάδα ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

127 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ αυτο όμοιων συναρτήσεων που προκύπτουν από τη διαστολή και την περιστροφή της παραπάνω μητρικής συνάρτησης κυματιδίου εξίσωση 4.4: * G, I s, t g s, t mn s t mn 4.5 Το αυτο όμοιο κυματίδιο Gabor δημιουργείται με χρήση της γεννήτριας συνάρτησης εξίσωση 4.6 όπου m, n καθορίζουν το επίπεδο ανάλυσης και τη διεύθυνση του κυματιδίου αντίστοιχα. g mn m, g,,, m, n Z 4.6 Επιπλέον, ισχύουν οι εξισώσεις 4.7 με n K και : n / m cos sin n n m n n sin cos 4.7 Οι μεταβλητές στις παραπάνω εξισώσεις ορίζονται ως εξής: U U h I M W m, n m U I, m, n ln m U I 4.8, m, n tan U h ln, m, n όπου είναι ο παράγοντας κλίμακας, U h αντιστοιχεί στην υψηλότερη κεντρική συχνότητα και U l αντιστοιχεί στη χαμηλότερη κεντρική συχνότητα ενδιαφέροντος. Με την εφαρμογή στην εικόνα των φίλτρων Gabor με διαφορετικές διευθύνσεις για κάθε επίπεδο ανάλυσης, προκύπτει ένας πίνακας, τα στοιχεία του οποίου αντιστοιχούν σε πλάτη που δίνονται από την εξίσωση 4.9: ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

128 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ m, n G, mn 4.9 Τα συγκεκριμένα πλάτη αντιστοιχούν στην ενέργεια που περιέχεται σε διαφορετικές διευθύνσεις και επίπεδα ανάλυσης της εικόνας. Χρησιμοποιώντας τους συντελεστές που προκύπτουν από το μετασχηματισμό Gabor, είναι δυνατόν να υπολογιστούν διάφορα χαρακτηριστικά υφής. Στην παρούσα μελέτη, υπολογίζεται η μέση τιμή της αρχικής εικόνας: mn και η τυπική απόκλιση mn εξίσωση 4., όπου Μ, Ν οι διαστάσεις mn mn Gmn, M N G mn, M N mn Χαρακτηριστικά ενέργειας υφής Ο Law εισήγαγε μια ομάδα χαρακτηριστικών ενέργειας υφής Tetural Energ Measurements - TEM που βασίζονται στο βαθμό ταύτισης ή ομοιότητας ομάδων γειτονικών εικονοστοιχείων με ορισμένες μάσκες, τις οποίες ο ίδιος επινόησε. Τα εν λόγω χαρακτηριστικά θεωρείται ότι προσδιορίζουν καλύτερα την υφή σε σχέση με τα χαρακτηριστικά που βασίζονται σε ζεύγη εικονοστοιχείων. Η μέθοδος στηρίζεται στην εφαρμογή συγκεκριμένων φίλτρων σε μια εικόνα και στη συνέχεια στον υπολογισμό στατιστικών μεγεθών της εικόνας, όπως για παράδειγμα η ενέργεια. Τα φίλτρα για τη συνέλιξη με μια εικόνα βασίζονται σε 3 μονοδιάστατους πυρήνες μήκους τρία, οι οποίοι είναι οι ακόλουθοι εξισώσεις 4. [33], [34], [35]: 4. και οι οποίοι αντιστοιχούν στις μονοδιάστατες πράξεις του τοπικού μέσου όρου κεντρικής βαρύτητας, της πρώτης διαφόρισης για εντοπισμό ακμών και της δεύτερης διαφόρισης για εντοπισμό σημείων. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

129 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Συνελίσσοντας τους παραπάνω μονοδιάστατους πυρήνες με τον εαυτό τους ή μεταξύ τους προκύπτει το ακόλουθο σύνολο μονοδιάστατων πυρήνων συνέλιξης με μήκος πέντε εξισώσεις 4.: 4. Από τους παραπάνω πυρήνες, το αντιστοιχεί στον τοπικό μέσο όρο, τα και στην ανίχνευση σημείων και ακμών αντίστοιχα, και τα και θεωρούνται ανιχνευτές διαταραχής και κύματος αντίστοιχα. Από τους εν λόγω μονοδιάστατους πυρήνες συνέλιξης μπορούν να παραχθούν 5 διαφορετικοί δισδιάστατοι πυρήνες συνέλιξης, συνελίσσοντας έναν κάθετο μονοδιάστατο πυρήνα πίνακα στήλη με έναν οριζόντιο μονοδιάστατο πυρήνα πίνακα σειρά. Αναφέρεται ότι από τους 5 δισδιάστατους πυρήνες που μπορούν να παραχθούν με τον παραπάνω τρόπο, οι 4 είναι μηδενικού αθροίσματος με εξαίρεση τον πυρήνα. Ακολούθως, στον Πίνακα 4., παρατίθεται μια λίστα με όλους τους πυρήνες μάσκες: Πίνακας 4.. Οι 5 δισδιάστατοι πυρήνες συνέλιξης. Από τις εν λόγω μάσκες, οι πιο σημαντικές, σύμφωνα με τις μελέτες του Law, είναι οι ακόλουθες εξισώσεις 4.3: ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

130 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ Ακολούθως, περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία υπολογισμού ενός συνόλου χαρακτηριστικών ενέργειας υφής για κάθε εικονοστοιχείο μιας εικόνας [36]. Έστω μια εικόνα με Μ σειρές και Ν στήλες, στην οποία πρόκειται να υπολογιστούν τα χαρακτηριστικά ενέργειας υφής για κάθε εικονοστοιχείο της εικόνας. Αρχικά, εφαρμόζεται κάθε ένας από τους 5 πυρήνες συνέλιξης στην εικόνα και ως αποτέλεσμα προκύπτει ένα σύνολο από 5 εικόνες κλίμακας του γκρίζου εξίσωση 4.4 όπου συμβολίζεται η γραμμική συνέλιξη. ά ά 4.4 Αναφέρεται ότι όλοι οι πυρήνες συνέλιξης που έχουν χρησιμοποιηθεί έως αυτό το σημείο ήταν μηδενικού μέσου εκτός από τον. Σύμφωνα με τις

131 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ προτάσεις του Law, ο εν λόγω πυρήνας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μια εικόνα κανονικοποίησης. Διαιρώντας κάθε εικόνα ΤΙ, εικονοστοιχείο προς εικονοστοιχείο, με την εικόνα κανονικοποιείται το εκάστοτε χαρακτηριστικό με την αντίθεση εξίσωση 4.5 ως εξής: ή ά ά 4.5 Αφού λάβει χώρα το παραπάνω βήμα, η εικόνα συνήθως απορρίπτεται και δεν χρησιμοποιείται στην περαιτέρω ανάλυση υφής εκτός και αν είναι επιθυμητό ένα χαρακτηριστικό αντίθεσης. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται αντικατάσταση κάθε εικονοστοιχείου στις 5 εικόνες με μια μετρική ενέργεια υφής στο συγκεκριμένο εικονοστοιχείο Teture Energ Measure. Για να γίνει αυτό, εξετάζεται μια περιοχή γύρω από κάθε εικονοστοιχείο και αθροίζονται οι απόλυτες τιμές των γειτονικών εικονοστοιχείων. Με αυτόν τον τρόπο, παράγεται ένα σύνολο εικόνων, οι οποίες στο εξής θα αναφέρονται ως εικόνες TEM. Η εν λόγω διαδικασία εκτελείται με την εφαρμογή του ακόλουθου μη γραμμικού φίλτρου σε κάθε μια από τις 5 εικόνες εξίσωση 4.6: ή 4.6 Συνδυάζοντας τις 5 ΤΕΜ εικόνες, το αποτέλεσμα είναι 4 χαρακτηριστικά υφής που είναι ανεξάρτητα της περιστροφής, υπό την προϋπόθεση πως η εικόνα έχει απορριφθεί εξίσωση 4.7: 4.7 Τέλος, για κάθε μια από τις παραπάνω 4 εικόνες, υπολογίζονται τα ακόλουθα στατιστικά χαρακτηριστικά: μέσος όρος mean τυπική απόκλιση standard deviation, sd ασυμμετρία skewness κύρτωση kurtosis ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 7

132 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ενέργεια energ. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά υπολογίζονται σύμφωνα με τις ακόλουθες εξισώσεις: mean M N [ TR, ] M N sd M N TR, mean M N skewness M N [ TR, mean] M N sd kurtosis M N energ M [ TR, mean] M N sd N M N 4 TR, 4 ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 8

133 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Βιβλιογραφία 4 ου Κεφαλαίου [] M Gurcan, L Boucheron, A Can, A Madabhushi, N Rajpoot, B Yener, Histopathological image analsis: a review, IEEE Reviews in Biomedical Engineering, vol., p.47-7, 9. [] O Fadare, W Zheng, Endometrial glandular dsplasia: morphologicall and biologicall distinctive putative precursor lesions of tpe II endometrial cancers, Diagnostic Patholog, vol.3, no.6, 8. [3] L He, R Long, S Antani, G Thoma, Histolog image analsis for carcinoma detection and grading, Computer Methods and Programs in Biomedicine, 9. [4] B Lessmann, TW Nattkemper, VH Hans, A Degenhard, A method for linking computed image features to histological semantics in neuropatholog, Journal of Biomedical Informatics, vol.4, p.63-64, 7. [5] B Lessmann, TW Nattkemper, VH Hans, A Degenhard, A method for linking computed image features to histological semantics in neuropatholog, Journal of Biomedical Informatics, vol.4, p.63-64, 7. [6] MA Habiba, SC Bell, F Al-Azzawi, Endometrial responses to hormone replacement therap: histological features compared with those of late luteal phase endometrium, Human Reproduction, vol.3, no.6, p , 9. [7] RC Gonzalez, RE Woods, Digital Image Processing, Pearson Hall, 3 rd edition, 8. [8] RF Walker, P Jackwa, B Lovell, ID Longstaff, Classification of cervical cell nuclei using morphological segmentation and tetural feature etraction, nd Australian and New Zealand Conference on Intelligent information sstems, p.83-89, 994. [9] A Nedzved, S Ablameko, I Pitas, Morphological segmentation of histolog cell images, ICPR, p.5-54,. [] D Zhao, C Yiin, H Correa, Automated Classification of Human Histological Images, A multiple instance learning approach, nd IEEE Life Science Sstems and Application Workshop, p.-3, 6. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 9

134 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ [] A Nedzved, D Goncharov, I Gurevich, A Magkov, V Yashina, Histolog image analsis on base space scale pramide, th International Conference Pattern Recognition and Image Analsis: New Information Technologies, p.-4,. [] C Loukas, D Wilson, B Vojnovic, A Linne, An image analsis based approach for automated counting of cancer cell nuclei in tissue sections, Ctometr A, vol.55, p.3-4, 3. [3] M Jondet, B Letellier, M Verds, Endometrial vascularization in levonorgestrel intrauterine device users; computerized microvessel measurement stud, Contraception, vol.7, p.6-64, 5. [4] OS Al-Kadi, Teture measures combination for improved meningioma classification of histopathological images, Pattern Recognition, vol.43, p.43-53,. [5] N Linder, J Konsti, R Turkki, E Rahtu, M Lundin, S Nordling, C Haglund, T Ahonen, M Pietikäinen, J Lundin, Identification of tumor epithelium and stroma in tissue microarras using teture analsis, 7:,. [6] B Sharif, A Ahmadian, MA Oghabian, N Izadi, Teture segmentation of endometrial images for aiding diagnosis of hperplasia, EUROCON, 5. [7] I Fraser, H Critchle, M Munro, M Broder, Can we achieve international agreement on terminologies and definitions used to describe abnormalities of menstrual bleeding?, Human reproduction, vol., p , 7. [8] E Ricci, S Moroni, F Parazzini, M Surace, G Benzi, B Salerio et al., Risk factors for endometrial hperplasia: results from a case control stud, Int J Gnecol Cancer, vol., p.57 6,. [9] L Hefler, S Polterauer, G Nowotn, C Tempfer, P Kohiberger, G Sliutz et al., Necessit of colposcop and biops prior to large loop ecision of the transformation zone, Anticancer Res, vol.8, p.59 5, 8. [] RJ Kurman, PF Kaminski, HJ Norris, The behavior of endometrial hperplasia. A long term stud of untreated hperplasia in 7 patients, Cancer, vol.56, p.43-4, 985. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

135 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ [] ΔΠ Λάζαρης, ΑΙ Ροδαλάκης, Καρκίνος του ενδομητρίου, Επίτομη Μαιευτική και Γυναικολογία, Εκδόσεις Παρισιάνου, σελ , Αθήνα,. [] JR Lurain, BL Rice, AW Rademaker, LE Poggensee, JC Schink, DS Miller, Prognostic factors associated with recurrence in clinical stage I adenocarcinoma of the endometrium, Obstet Gnecol, vol.78, p.63-69, 99. [3] CP Morrow, BN Bund, RJ Kurman, WT Creasman, P Heller, HD Homesle, JE Graham, Relationship between surgical pathological risk factors and outcome in clinical stage I and II carcinoma of the endometrium: a gnecologic oncolog group stud, Gnecol Oncol, vol.4, p.55-65, 99. [4] PJ Disaia, W Creasman, RC Boronow, JA Blessing, Risk factors and reccurence patterns in stage I endometrial cancer, Am J Obstet Gnecol, vol.5, p.9-5, 985. [5] WT Creasman, RC Boronow, CP Morrow, PJ Disaia, J Blessing, Adenocarcinoma of the endometrium Its metastatic lmoh node potential, Gnecol Oncol, vol.4, p.39-43, 976. [6] I. Pitas. Digital Image Processing: Algorithms and Applications. John Wile Sons, Inc.,. [7] A.K. Jain. Fundamentals of digital image processing. Prentice Hall, 989. [8] M Aka, Wavelet applications in medicine, IEEE Spectrum, Ma 997. [9] S Mallat, Multifrequenc channel decompositions of images and wavelet models, IEEE Trans. Acoust., Speech, and Signal Process, vol. 37, pp. 9-, 989. [3] S Mallat, A theor for multiresolution signal decomposition: the wavelet representation, IEEE Trans. Patt. Recogn. and Mach. Intell., vol., pp , 989. [3] CS Burrus, RA Gopinath, H Guo, Introduction to wavelets and wavelet transforms, Prentice Hall, New Jerse, 998. [3] S Arivazhagan, L Ganesan, S Padam Prial: Teture classification using Gabor wavelets based rotation invariant features, Pattern Recognition Letters, 7:976-98, 6. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

136 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ [33] Robert M. Haralick,Linda G. Shapino, Computer and Robot Vision, vol., esp. pp , Addison-Wesle Publishing Compan, USA 99. [34] K.N Bhanu Prakash, A.G Ramakrishnan,S.Suresh and Teresa W.P Chow Fetal Lung Maturit Analsis Using Ultrasound Image Features, IEEE Transactions on Information Technolog in Biomedicine, vol, 6, no., pp , March. [35] Matti Pietikainen,Azriel Rosenfeld and Larr S.Davis Eperiments with teture Classification Using Averages of Local Pattern Matches, IEEE Transactions on Sstems, Man, and Cbernetics, vol. SMC-3, no.3, pp. 4-46, Ma-June 983. [36] M Rachidi, A Marchadier, C Gadois, E Lespessailles, C Chappard, CL Benhamou: Law s masks descriptors applied to bone teture analsis: an innovative and discriminant tool in osteoporosis. Skeletal Radiolog, 37:54-548, 8. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ

137 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 5 ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 5. Εισαγωγή Στο εν λόγω κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για την κατηγοριοποίηση τόσο των υστεροσκοπικών όσο και των ιστολογικών εικόνων. Η κατηγοριοποίηση διαχωρίζει τις παθολογικές εικόνες και συγκεκριμένα τις εικόνες με ανώμαλη δυσλειτουργική αιμορραγία και καρκίνο του ενδομητρίου, από τις εικόνες που δεν παρουσιάζουν κάποια παθολογία. Παρουσιάζεται η μέθοδος των νευρωνικών δικτύων η οποία χρησιμοποιήθηκε επιτυχώς σε όλα τα δεδομένα και παράλληλα η μέθοδος ασαφών c μέσων Fuzz C Means η οποία χρησιμοποιήθηκε στα υστεροσκοπικά δεδομένα, χωρίς να αποδώσει καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με αυτά που προήλθαν από τα νευρωνικά δίκτυα. 5. Επιλογή καλύτερων χαρακτηριστικών Οι αλγόριθμοι επιλογής χαρακτηριστικών Feature Selection Algorithms στοχεύουν στην εύρεση του βέλτιστου υποσυνόλου χαρακτηριστικών εισόδου που θα διοχετευθεί στον κατηγοριοποιητή. Το πλήθος των επιλεγμένων χαρακτηριστικών που αποτελούν το βέλτιστο υποσύνολο είναι το ζήτημα που καλείται να αντιμετωπίσει ο εκάστοτε αλγόριθμος. Οι αλγόριθμοι επιλογής χαρακτηριστικών κατηγοριοποιούνται ανάλογα με το είδος της εξόδου που δίνουν, στους αλγορίθμους που αποδίδουν τα χαρακτηριστικά σε μια γραμμική σειρά σημαντικότητας και στους αλγορίθμους που δίνουν ένα υποσύνολο των αρχικών χαρακτηριστικών. Στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της Σειριακής Εμπρόσθιας Μεταβλητής Επιλογής Sequential Forward Floating Selection, SFFS. Η μέθοδος της Σειριακής Εμπρόσθιας Επιλογής Sequential Forward Selection, SFS αποτελεί τη ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

138 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ βάση για την ανάπτυξη της SFFS. Σύμφωνα με την εν λόγω προσέγγιση SFS, το βέλτιστο σύνολο χαρακτηριστικών προκύπτει από ένα αρχικά κενό σύνολο στο οποίο σταδιακά προστίθενται χαρακτηριστικά από το αρχικό σύνολο χαρακτηριστικών σύμφωνα με κάποιο μέτρο, ακολουθείται δηλαδή η στρατηγική «bottom up». Η συγκεκριμένη μέθοδος δεν υπακούει στην αρχή της βελτιστότητας αφού εάν ένα χαρακτηριστικό επιλεχθεί να ενταχθεί στο υποσύνολο βέλτιστων χαρακτηριστικών δεν υπάρχει τρόπος να βγει, ώστε να προκύψει καλύτερος συνδυασμός. Η εν λόγω συμπεριφορά του αλγορίθμου αναφέρεται ως το φαινόμενο του φωλιάσματος nesting effect, που σημαίνει ότι προκειμένου να προκύψει ένα βέλτιστο υποσύνολο είναι απαραίτητο να προστεθεί ένας μηχανισμός επανεξέτασης όλων των χαρακτηριστικών του υποσυνόλου σε κάθε επανάληψη ώστε να αφαιρεθεί κάποιο χαρακτηριστικό, αν αυτό κριθεί απαραίτητο. Η μέθοδος που επεκτείνει τη μέθοδο SFS προς αυτή την κατεύθυνση είναι η SFFS. Η κεντρική ιδέα του αλγορίθμου SFFS είναι ότι επιλέγονται τα νέα χαρακτηριστικά σύμφωνα με τη διαδικασία SFS αρχίζοντας από το τρέχον σύνολο, στη συνέχεια όμως ακολουθείται μια σειρά από διαδοχικούς αποκλεισμούς του χειρότερου χαρακτηριστικού του ανανεωμένου υποσυνόλου. Αναλυτικά, παρουσιάζονται ακολούθως τα στάδια που αποτελούν τον αλγόριθμο SFFS. Αρχική Επιλογή Έστω k χαρακτηριστικά έχουν ήδη επιλεγεί από ολόκληρο το σύνολο των μετρήσεων και συγκροτούν το υποσύνολο με την αντίστοιχη συνάρτηση αξιολόγησης. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο SFS επίλεξε το σημαντικότερο χαρακτηριστικό ως προς το υποσύνολο από το σύνολο των διαθέσιμων μετρήσεων ώστε να σχηματιστεί στο σύνολο. Εξαίρεση υπό συνθήκη Βρες το λιγότερο σημαντικό χαρακτηριστικό στο σύνολο. - Αν το είναι το λιγότερο σημαντικό χαρακτηριστικό του, δηλαδή για κάθε j=,,,k, τότε θέσε k=k+ και επίστρεψε στο βήμα. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

139 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - Αν κάποιο είναι το λιγότερο σημαντικό χαρακτηριστικό στο σύνολο, δηλαδή τότε αφαίρεσε το από το, οπότε προκύπτει το σύνολο. Αν k=, τότε θέσε και και επίστρεψε στο βήμα, αλλιώς πήγαινε στο βήμα 3. 3 Συνέχιση εξαίρεσης υπό συνθήκη Βρες το λιγότερο σημαντικό χαρακτηριστικό στο σύνολο. - Αν τότε θέσε και και επίστρεψε στο βήμα. - Αν τότε αφαίρεσε το από το οπότε προκύπτει το σύνολο. Θέσε k=k-. Αν k=, τότε θέσε και και επίστρεψε στο βήμα. Αλλιώς, πήγαινε στο βήμα 3. Ο παραπάνω αλγόριθμος αρχικοποιείται με k= και και στη συνέχεια χρησιμοποιείται ο αλγόριθμος SFS μέχρι να προκύψει το, να προκύψει δηλαδή ένα σύνολο με δύο χαρακτηριστικά. Στη συνέχεια, μεταβαίνει στο βήμα και τερματίζεται όταν προκύψει σύνολο με τον επιθυμητό αριθμό χαρακτηριστικών. Σημειώνεται ότι παρόλο που ο αλγόριθμος SFFS δεν εγγυάται την εύρεση όλων των βέλτιστων υποσυνόλων, αποδίδει πολύ καλύτερα σε σύγκριση με τον απλό SFS, υπό το κόστος της αυξημένης πολυπλοκότητας. 5.3 Κατηγοριοποιητές 5.3. Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα Τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα Artificial Neural Networks είναι μη γραμμικές δομές των οποίων η λειτουργία είναι εμπνευσμένη από τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Αποτελούν ισχυρά εργαλεία για τη διαδικασία της μοντελοποίησης, ειδικά σε περιπτώσεις που η σχέση μεταξύ των υποκείμενων δεδομένων είναι άγνωστη. Τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα έχουν την ικανότητα να αναγνωρίζουν και να θυμούνται συσχετισμένα πρότυπα ανάμεσα σε ένα σύνολο δεδομένων εισόδου και ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

140 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ συγκεκριμένες αντίστοιχες τιμές. Μετά τη διαδικασία της εκπαίδευσης, τα νευρωνικά δίκτυα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προβλέψουν το αποτέλεσμα ενός νέου ανεξάρτητου συνόλου δεδομένων. Μιμούνται τη διαδικασία εκπαίδευσης του ανθρώπινου εγκεφάλου και μπορούν να επεξεργαστούν προβλήματα που περιλαμβάνουν μη γραμμικά και σύνθετα δεδομένα ακόμα και αν τα δεδομένα είναι ανακριβή ή έχουν θόρυβο. Ένα νευρωνικό δίκτυο θεωρείται μια υπολογιστική δομή που αποτελείται από απλές υπολογιστικές μονάδες που ονομάζονται νευρώνες, οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με πολύπλοκο τρόπο. Τα βασικά στοιχεία του μοντέλου νευρώνα είναι τα ακόλουθα: - Ένα σύνολο συνάψεων οι οποίες αντιστοιχούν στην ιδέα των συνάψεων των νευρικών κυττάρων, όπου κάθε σύναψη χαρακτηρίζεται από ένα βάρος. Ένα σήμα εισόδου στην είσοδο της σύναψης j που συνδέεται με τον νευρώνα k και πολλαπλασιάζεται επί το συναπτικό βάρος. - Έναν αθροιστή για την άθροιση των σημάτων εισόδου, σταθμισμένων από τα αντίστοιχα συναπτικά βάρη του νευρώνα. - Μια συνάρτηση ενεργοποίησης για τον περιορισμό του πλάτους του σήματος εξόδου ενός νευρώνα. Η συνάρτηση ενεργοποίησης αναφέρεται και ως συνάρτηση περιορισμού επειδή περιορίζει το επιτρεπτό εύρος πλάτους του σήματος εξόδου σε κάποια πεπερασμένη τιμή. Η μαθηματική περιγραφή του μοντέλου ενός νευρώνα k δίνεται από τις παρακάτω εξισώσεις: u k m j wkj j 5. u b k k k όπου τα σήματα εισόδου, τα αντίστοιχα συναπτικά βάρη του νευρώνα k, η έξοδος του γραμμικού συνδυαστή, η πόλωση, φ η συνάρτηση ενεργοποίησης και το σήμα εξόδου του νευρώνα. Η χρήση της πόλωσης έχει ως αποτέλεσμα τη χρήση ενός αφινικού μετασχηματισμού στην έξοδο του γραμμικού συνδυαστή σύμφωνα με την ακόλουθη σχέση: u b 5. k k k ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 6

141 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Η συνάρτηση ενεργοποίησης φ ορίζει την έξοδο ενός νευρώνα βάσει του τοπικού πεδίου υ. Αναλυτικά, οι νευρώνες αποτελούν τα δομικά στοιχεία του δικτύου. Κάθε κόμβος δέχεται ένα σύνολο αριθμητικών εισόδων από διαφορετικές πηγές, άλλους νευρώνες ή το περιβάλλον, και επιτελεί έναν υπολογισμό με βάση αυτές τις εισόδους και παράγει μια έξοδο. Η συγκεκριμένη έξοδος είτε κατευθύνεται στο περιβάλλον, είτε τροφοδοτείται ως είσοδος σε άλλους νευρώνες του δικτύου. Οι νευρώνες κατηγοριοποιούνται στους νευρώνες εισόδου, στους νευρώνες εξόδου και στους υπολογιστικούς ή κρυμμένους νευρώνες. Οι νευρώνες εισόδου δεν επιτελούν κανέναν υπολογισμό αλλά μεσολαβούν ανάμεσα στις περιβαλλοντικές εισόδους του δικτύου και στους υπολογιστικούς νευρώνες. Παράλληλα, οι νευρώνες εξόδου διοχετεύουν στο περιβάλλον τις τελικές αριθμητικές εξόδους του δικτύου. Τέλος, οι υπολογιστικοί νευρώνες πολλαπλασιάζουν κάθε είσοδο τους με το αντίστοιχο βάρος και υπολογίζουν το ολικό άθροισμα των γινομένων. Το εν λόγω άθροισμα τροφοδοτείται ως όρισμα στη συνάρτηση ενεργοποίησης, την οποία υλοποιεί εσωτερικά κάθε κόμβος. Η τιμή που λαμβάνει η συνάρτηση για το συγκεκριμένο όρισμα είναι και η έξοδος του νευρώνα για τις τρέχουσες εισόδους και βάρη. Η εγγενής ικανότητα μάθησης αποτελεί το βασικό χαρακτηριστικό των νευρωνικών δικτύων. Ως μάθηση ορίζεται η σταδιακή βελτίωση της ικανότητας του δικτύου να επιλύει κάποιο πρόβλημα. Η μάθηση επιτυγχάνεται μέσω της εκπαίδευσης, μιας επαναληπτικής διαδικασίας σταδιακής προσαρμογής των παραμέτρων του δικτύου σε τιμές κατάλληλες ώστε να επιλύεται με επαρκή επιτυχία το προς εξέταση πρόβλημα. Οι μέθοδοι μάθησης κατηγοριοποιούνται στις ακόλουθες κατηγορίες: τη μάθηση με επίβλεψη και τη μάθηση χωρίς επίβλεψη. Η μάθηση με επίβλεψη είναι μια διαδικασία η οποία συνδυάζει έναν εξωτερικό εκπαιδευτή και τη συνολική ή γενικευμένη πληροφορία. Η μάθηση με επίβλεψη χωρίζεται σε δύο υπο κατηγορίες, στη δομική structural και στην προσωρινή temporal εκμάθηση, όπου οι αλγόριθμοι οι οποίοι βρίσκονται στην πρώτη κατηγορία, χρησιμοποιούνται για την εύρεση της βέλτιστης σχέσης μεταξύ εισόδων και εξόδων για κάθε ξεχωριστό ζευγάρι προτύπων. Παράλληλα, οι αλγόριθμοι της μάθησης χωρίς επίβλεψη, αναφέρονται ως αυτό οργανώμενοι self - organized και είναι διαδικασίες οι οποίες δεν απαιτούν να ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 7

142 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ είναι παρών ένας επιβλέπων. Βασίζονται ουσιαστικά μόνο σε τοπική πληροφορία καθ όλη τη διάρκεια της εκπαίδευσης του Τεχνητού Νευρωνικού Δικτύου. Τέλος, οι συγκεκριμένοι αλγόριθμοι οργανώνουν τα δεδομένα και ανακαλύπτουν τις σημαντικές συλλογικές ιδιότητες [] Αλγόριθμος ασαφών c μέσων Η θεωρία της ασαφούς λογικής αναπτύχθηκε από την ανάγκη να εκφραστούν πραγματικά γεγονότα με πιο ρεαλιστικό τρόπο, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη διακριτοί περιορισμοί. Το βασικό δομικό στοιχείο της ασαφούς λογικής είναι το ασαφές σύνολο. Η κύρια διαφορά μεταξύ του κλασσικού crisp και του ασαφούς fuzz συνόλου είναι ότι η συνάρτηση συμμετοχής του πρώτου παίρνει τις τιμές και, ενώ του δεύτερου παίρνει τιμές που ανήκουν στο κλειστό διάστημα [, ]. Αυτό σημαίνει ότι η ασαφής λογική είναι μια επέκταση της κλασικής λογικής, η οποία παρέχει δύο λογικές τιμές αληθές και ψευδές. Αναφέρεται ότι οι πιο διαδεδομένες συναρτήσεις συμμετοχής είναι η τριγωνική, η τραπεζοειδής και η γκαουσιανή, οι οποίες αναλυτικά παρουσιάζονται ακολούθως: - Τριγωνική συνάρτηση συμμετοχής:, a a, a b b a c, b c c b, c, a a, a b b a - Τραπεζοειδής συνάρτηση συμμετοχής:,b c d,c d d b, d - Γκαουσιανή συνάρτηση συμμετοχής: c e Ένα από τα βασικά προβλήματα που έχουν να αντιμετωπίσουν οι αλγόριθμοι ομαδοποίησης είναι η μεγάλη εξάρτηση από την επιλογή των αρχικών τιμών τόσο για τον αριθμό των συστάδων όσο και για τα αντίστοιχα κέντρα. Αν δεν επιλεγούν σωστά ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 8

143 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ οι αρχικές τιμές για τις παραπάνω σχεδιαστικές παραμέτρους τότε η εφαρμογή αλγορίθμων όπως ο c Μέσων c - Means θα οδηγήσει σε τοπικό ελάχιστο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχει περίπτωση πολλά κέντρα ομάδων να μην κινηθούν καθόλου κατά τη διάρκεια εκτέλεσης του αλγορίθμου και συνεπώς στο τέλος πολύ λίγα δεδομένα να αντιστοιχηθούν σε αυτά. Η αιτία είναι ότι οι παραπάνω αλγόριθμοι βασίζονται στη στρατηγική «ο νικητής τα παίρνει όλα». Αναφέρεται ότι η χρήση μεθόδων ασαφούς λογικής μπορεί να βοηθήσει προς αυτή την κατεύθυνση για τους παρακάτω λόγους [, 3]: Η ασαφής λογική παρέχει τεχνικές αξιόπιστης μοντελοποίησης της αβεβαιότητας που υπάρχει σε ένα σύνολο δεδομένων. Συγκεκριμένα, η ασαφής λογική μπορεί να ελαχιστοποιήσει την εξάρτηση των αλγορίθμων ομαδοποίησης από την αρχικοποίηση των σχεδιαστικών της παραμέτρων γιατί βασίζεται σε απλές υπολογιστικές τεχνικές, οι οποίες μειώνουν την επίδραση της στρατηγικής «ο νικητής τα παίρνει όλα». Η μείωση της επίδρασης της στρατηγικής «ο νικητής τα παίρνει όλα» οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι με βάση την ασαφή λογική, τα διανυσματικά δεδομένα δεν ανήκουν μόνο σε μια συστάδα αλλά σε πολλές με διαφορετικούς βαθμούς συμμετοχής. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι τα κέντρα θα κινηθούν, με διαφορετικούς ρυθμούς το καθένα, για να κερδίσουν τα δεδομένα [4, 5]. Άρα, το τελικό αποτέλεσμα θα είναι πιο αξιόπιστο από τις κλασικές μεθόδους ομαδοποίησης. Επίσης, η χρήση της ασαφούς λογικής παρέχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να προσδιορίσει έναν ασαφή διαμερισμό ενός συνόλου δεδομένων σε ασαφείς ομάδες fuzz clusters με αυτόματο τρόπο γιατί στηρίζεται σε αυτοδιδασκόμενους μηχανισμούς. Οι συγκεκριμένοι μηχανισμοί βασίζονται στην εκπλήρωση κάποιων κριτηρίων ή παραδοχών. Ο διαμερισμός που τελικά προκύπτει έχει ελεύθερη δομή, γεγονός που καθιστά τη μεταχείριση της κάθε μεταβλητής πάρα πολύ εύκολη. Η πιο διαδεδομένη μέθοδος ασαφούς ομαδοποίησης είναι ο αλγόριθμος Ασαφών C Μέσων Fuzz c - Means [6]. Ο εν λόγω αλγόριθμος επιλύει το πρόβλημα της ελαχιστοποίησης των αποστάσεων μέσα σε μια συστάδα και της μεγιστοποίησης των αποστάσεων μεταξύ των ομάδων με βάση το ακόλουθο κριτήριο βελτιστοποίησης: ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 9

144 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ J m N n k i m u v 5.3 ik k i όπου u [, ] είναι η συνάρτηση συμμετοχής του k οστού δεδομένου στην i ik οστή ομάδα, m[, είναι η παράμετρος ασάφειας και T v [ v, v,..., v ] i c είναι το διάνυσμα που αντιστοιχεί στο κέντρο της i- i i i ip οστής ομάδας. Το κριτήριο J m βελτιστοποιείται ως προς τις παραμέτρους u ik και v i. Όμως, το πρόβλημα είναι η ελαχιστοποίηση της J m υπό τον ακόλουθο περιορισμό c i u ik, k. Συγκεκριμένα, η εν λόγω προσέγγιση παρουσιάζεται αναλυτικά ακολούθως. Για σταθερές τιμές των u ik, οι τιμές των δίνονται από την ακόλουθη εξίσωση 5.4: v i, οι οποίες ελαχιστοποιούν το J m, v i n i n u i ik m u ik m ik 5.4 Για σταθερές τιμές των v i, η ελαχιστοποίηση του J m ως προς τις u ik είναι ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης κατά Lagrange. Οι τιμές των uik που ελαχιστοποιούν την c J m και ικανοποιούν τη συνθήκη u ik, k δίνονται από την ακόλουθη εξίσωση 5.5, όπου k n, i c: i u ik c j k k v v i j m 5.5 Η παραπάνω ανάλυση οδηγεί στη διατύπωση του αλγορίθμου Ασαφών c Μέσων με τον ακόλουθο τρόπο [7, 8]: Έστω ένα σύνολο διανυσματικών δεδομένων p,,..., n με k R k n, στα οποία στόχος είναι η ομαδοποίηση ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

145 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ τους σε ασαφείς ομάδες. Τα στάδια του εν λόγω αλγορίθμου αναλυτικά είναι τα παρακάτω: Επιλογή του αριθμού c των ασαφών ομάδων, της παραμέτρου m, των αρχικών τιμών για τα διανύσματα v,...,, v vc και της παραμέτρου c. Χρήση της εξίσωσης 5.5 για τον υπολογισμό των συναρτήσεων συμμετοχής u όπου k n, i c. ik 3 Σύμφωνα με την εξίσωση 5.4, πραγματοποιείται προσδιορισμός των νέων τιμών για τα κέντρα των ασαφών υπο ομάδων v,..., new new new, v vn. new 4 Αν ma { v v } i i i τότε ο αλγόριθμος σταματάει, αλλιώς θέτει new vi v i και η ροή του αλγορίθμου επιστρέφει στο βήμα. Αναφέρεται ότι ο παραπάνω αλγόριθμος είναι μια επαναληπτική διαδικασία κατά Picard και όπως έχει αποδειχθεί πάντα συγκλίνει. Παρόλα αυτά, έχει το μειονέκτημα ότι για διαφορετικές αρχικές τιμές μπορεί να οδηγήσει σε διαφορετικά τοπικά ελάχιστα. Διαπιστώνεται όμως ότι είναι ο πιο διαδεδομένος αλγόριθμος στη θεωρία της ασαφούς ομαδοποίησης δεδομένων, διότι συγκλίνει πολύ εύκολα, είναι απλός και οι μέχρι τώρα εφαρμογές έχουν δείξει ότι μπορεί να πετύχει πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο αλγόριθμος Ασαφών c Μέσων έχει ισχύ για c. Η ασάφεια του παραπάνω αλγορίθμου ελέγχεται από την παράμετρο m που είναι ένας δείκτης της αβεβαιότητας ομάδων. Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχουν αξιόπιστες διαδικασίες για να αποφασίσουν την επιλογή της σωστής τιμής για αυτήν την παράμετρο. Αν το m παίρνει μεγάλες τιμές, τότε οι βαθμοί συμμετοχής του κάθε διανύσματος εκπαίδευσης τείνουν να προσεγγίζουν το /c, δηλαδή τα στοιχεία ανήκουν σε όλες τις υπό μελέτη συστάδες με τον ίδιο βαθμό [9]. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, όλα τα κέντρα ομάδων θα τραβηχτούν προς τα διανυσματικά δεδομένα πολύ αργά. 5.4 Στατιστική ανάλυση μετρήσεων Η ανάλυση της διακύμανσης ANalsis Of VAriance ANOVA είναι μια στατιστική μέθοδος με την οποία η μεταβλητότητα που υπάρχει σ ένα σύνολο δεδομένων διασπάται στις επιμέρους συνιστώσες της με στόχο την κατανόηση της ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

146 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ σημαντικότητας των διαφορετικών πηγών προέλευσης της. Η ανάπτυξη της μεθοδολογίας οφείλεται στον θεμελιωτή της σύγχρονης στατιστικής επιστήμης, Άγγλο στατιστικό Sir Ronald Almer Fisher. Στην πραγματικότητα, η ANOVA περιλαμβάνει μια ομάδα στατιστικών μεθόδων καταλλήλων για την ανάλυση δεδομένων που προκύπτουν από πειραματικούς σχεδιασμούς. Τα δεδομένα ενός δείγματος ανάλογα με την προέλευση τους διακρίνονται σε παρατηρήσεις observational sampling η σε πειραματικά designed sampling. Στην πρώτη κατηγορία, ο στατιστικός ερευνητής απλά παρατηρεί τις τιμές που εμφανίζονται χωρίς να έχει δυνατότητα επέμβασης στις αντίστοιχες μεταβλητές. Αντίθετα, στη δεύτερη κατηγορία ο στατιστικός ερευνητής προσπαθεί να ελέγξει τα επίπεδα μιας ή περισσοτέρων ανεξάρτητων independent μεταβλητών προκειμένου να προσδιορίσει την επίδραση που έχουν πάνω στην υπό μελέτη μεταβλητή που καλείται εξαρτημένη dependent ή απόκριση response. Στόχος κάθε στατιστικού πειράματος είναι ο προσδιορισμός της επίδρασης μιας η περισσοτέρων ανεξάρτητων μεταβλητών πάνω στην απόκριση. Οι μεταβλητές αυτές αναφέρονται συνήθως ως παράγοντες factors και μπορεί να είναι είτε ποσοτικές είτε ποιοτικές. Aν Y και Y είναι ανεξάρτητες τυχαίες μεταβλητές από την κατανομή με βαθμούς ελευθερίας n και n αντίστοιχα, τότε το κλάσμα Y / n W Y / n είναι τυχαία μεταβλητή που ακολουθεί μια κατανομή την οποία μελέτησε και ανέπτυξε ο Sir R. A. Fisher και η οποία προς τιμήν του συμβολίζεται με F. Ο Fisher στην προσπάθειά του να μελετήσει τις διαφορές στην παραγωγή της σοδειάς ανέπτυξε τη νέα κατανομή ως λόγο δύο ανεξαρτήτων. Η κατανομή αυτή χαρακτηρίζεται από δύο βαθμούς ελευθερίας, για τον αριθμητή και n για τον παρανομαστή, γι αυτό και γράφεται n F n, n. Επειδή η τυχαία μεταβλητή είναι πάντα θετική, το ίδιο θα ισχύει και για την F. Η οικογένεια των κατανομών F n, n είναι μονόκορφη και ασύμμετρη προς τα δεξιά με συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας: ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 3

147 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ n n n n n f,, n n n n n n n 5.6 όπου n n! 3 n, n είναι η συνάρτηση γάμμα. Μια αναγκαία συνθήκη για την ύπαρξη της κατανομής F είναι ότι τα δείγματα θα πρέπει να ακολουθούν την κανονική κατανομή. Εν τούτοις, σε περιπτώσεις που οι δειγματικές κατανομές αποκλίνουν από την κανονική, η δοκιμασία F μένει σχετικά ανεπηρέαστη, εφόσον οι δύο πληθυσμοί είναι τουλάχιστον μονόκορφοι και τα μεγέθη των δειγμάτων είναι παρόμοια. Κάτω από αυτές τις προϋποθέσεις, η δοκιμασία που βασίζεται στην κατανομή χαρακτηρίζεται ως εύρωστη. Σε πολλές περιπτώσεις, υπάρχει η ανάγκη να συγκριθούν δύο διακυμάνσεις F και για αυτόν τον σκοπό υπολογίζεται το κλάσμα /. Αν οι διακυμάνσεις είναι ίσες, τότε ο λόγος τους θα είναι. Συνήθως όμως στην πράξη, οι διακυμάνσεις των πληθυσμών είναι άγνωστες, οπότε οι συγκρίσεις γίνονται με βάση τις δειγματικές διακυμάνσεις. Για παράδειγμα αν s και s είναι οι δειγματικές διακυμάνσεις από δύο δείγματα με και n παρατηρήσεις αντίστοιχα που ακολουθούν την κανονική n κατανομή, τότε το κλάσμα s / VR ακολουθεί την κατανομή F. Κάτω από την s / υπόθεση H :, το στατιστικό s VR ακολουθεί την κατανομή F n s, n. Αν τα δείγματα προέρχονται από τον ίδιο πληθυσμό ή από πληθυσμούς με ίσες διακυμάνσεις, τότε το VR θα πρέπει να είναι κοντά στο. Η κατανομή F προσδιορίζει τα όρια της ανοχής μας για το πόσο μεγάλο ή μικρό θα πρέπει να είναι το κλάσμα VR προκειμένου να συμπεράνουμε ότι οι δειγματικές διακυμάνσεις διαφέρουν σημαντικά. Τα άνω εκατοστιαία σημεία της κατανομής F n, n συμβολίζονται με F n, n, και δίνονται από στατιστικούς πίνακες. Οι βαθμοί ελευθερίας για τον αριθμητή εμφανίζονται πάνω από τις στήλες, ενώ οι βαθμοί ελευθερίας για τον ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 33

148 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ παρονομαστή εμφανίζονται δίπλα από τις γραμμές. Επειδή η κατανομή F δεν είναι συμμετρική, προκειμένου να υπολογιστούν τα κάτω εκατοστιαία σημεία της χρησιμοποιείται η αντίστροφη ιδιότητα της F. Σύμφωνα με την εν λόγω ιδιότητα, η τιμή της κάτω ουράς προκύπτει από την αντίστοιχη της άνω ουράς σύμφωνα με την εξίσωση 5.7, όπου θα πρέπει να γίνει αντιληπτή η αντιστροφή των βαθμών ελευθερίας: F n, n, ά F 5.7 n, n, ά Η ANOVA δίνει τη δυνατότητα να δοκιμαστεί η υπόθεση ότι οι μέσες τιμές διαφόρων πληθυσμών είναι ίσες. Κάτω από αυτό το πλαίσιο, είναι δυνατή η θεώρηση ότι η ANOVA αποτελεί προέκταση της δοκιμασίας t για τη σύγκριση των μέσων τιμών δύο πληθυσμών. Υπάρχουν όμως δύο λόγοι για τους οποίους χρησιμοποιείται η ANOVA έναντι της δοκιμασίας t. Ο ένας είναι η συντομότερη διαδικασία ανάλυσης και ο δεύτερος και σημαντικότερος είναι η ακρίβεια της διάγνωσης. Αναφέρεται ότι από τους υπάρχοντες πειραματικούς σχεδιασμούς ο απλούστερος είναι εκείνος που χαρακτηρίζεται από την ανάλυση της διακύμανσης κατά έναν παράγοντα one factor ANOVA και καλείται πλήρως τυχαιοποιημένος σχεδιασμός completel randomized design. 5.5 Ανάλυση ROC Τα ROC γραφήματα αποτελούν χρήσιμη τεχνική για την οργάνωση, επιλογή και απεικόνιση κατηγοριοποιητών με βάση τη γραφική τους παράσταση. Η ROC ανάλυση έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην απεικόνιση και ανάλυση της συμπεριφοράς διαγνωστικών συστημάτων. Τα εν λόγω γραφήματα αρχικά θεωρήθηκαν προβλήματα κατηγοριοποίησης που χρησιμοποιούν μόνο δύο κλάσεις. Ένα μοντέλο κατηγοριοποίησης είναι μια αντιστοίχιση από τα διάφορα περιστατικά στις αντίστοιχα προβλεπόμενες κλάσεις. Κάποια μοντέλα κατηγοριοποίησης παράγουν ένα συνεχές αποτέλεσμα στο οποίο μπορούν να εφαρμοστούν διαφορετικά όρια προκειμένου να προβλεφθεί σε ποια κλάση ανήκουν τα διάφορα περιστατικά. Άλλα μοντέλα παράγουν διακριτές τιμές κλάσεων υποδηλώνοντας μόνο την προβλεπόμενη κλάση του περιστατικού. Για να ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 34

149 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ διακριθεί η πραγματική κλάση από την προβλεπόμενη χρησιμοποιούνται οι ενδείξεις {Υ, Ν} για τις προβλέψεις κλάσης που παράγονται από ένα μοντέλο. Θεωρώντας έναν κατηγοριοποιητή και ένα περιστατικό, υπάρχουν τέσσερα δυνατά αποτελέσματα και τα οποία είναι τα ακόλουθα: Αν το περιστατικό είναι θετικό και κατηγοριοποιείται ως θετικό, μετριέται ως αληθώς θετικό, ενώ αν αυτό κατηγοριοποιείται ως αρνητικό τότε θεωρείται ψευδώς αρνητικό. Αντίστοιχα, αν το περιστατικό είναι αρνητικό και κατηγοριοποιείται ως αρνητικό τότε θεωρείται αληθώς αρνητικό, ενώ αν αυτό κατηγοριοποιείται ως θετικό τότε θεωρείται ψευδώς θετικό. Παράλληλα, θεωρώντας έναν κατηγοριοποιητή και ένα σύνολο από περιστατικά, ένας πίνακας ενδεχομένων μπορεί να κατασκευαστεί αντιπροσωπεύοντας όλες τις δυνατές περιπτώσεις. Αυτός ο πίνακας αποτελεί τη βάση για πολλές συνήθεις μετρικές. Ο εν λόγω πίνακας δείχνει έναν πίνακα ενδεχομένων και εξισώσεις διαφόρων συνήθων μετρικών που μπορούν να υπολογιστούν από αυτόν. Οι τιμές κατά μήκος της κύριας διαγωνίου αντιπροσωπεύουν τις σωστές αποφάσεις ως προς τον χαρακτηρισμό του περιστατικού ως θετικό ή αρνητικό. Αντίθετα, οι τιμές εκτός αυτής της διαγωνίου αντιπροσωπεύουν τις λανθασμένες αποφάσεις, ή διαφορετικά τη σύγχυση ανάμεσα στις διάφορες κλάσεις. Αναλυτικά, το ποσοστό των αληθώς θετικών αποτελεσμάτων, TPR True Positive Rate ενός κατηγοριοποιητή εκτιμάται από τον ακόλουθο τύπο: TP ά ά έ TPR P ύ ώ 5.8 Το ποσοστό των ψευδών θετικών αποτελεσμάτων FPR False Positive Rate ενός κατηγοριοποιητή εκτιμάται από τον ακόλουθο τύπο: FP ά έ έ FPR N ύ ώ 5.9 Επιπρόσθετα, όροι συνδεδεμένοι με τις ROC καμπύλες είναι η ευαισθησία sensitivit και η ειδικότητα specificit, οι οποίες ορίζονται παρακάτω: ί SE TPR TN ώ ά ό FP TN ώ ά ώ ά 5. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 35

150 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Τα ROC γραφήματα είναι δύο διαστάσεων γραφήματα στα οποία το TPR σχεδιάζεται στον Υ άξονα και το FPR στον Χ άξονα. Επιπλέον, η ROC καμπύλη απεικονίζει τη συμμεταβολή του οφέλους από το ποσοστό των αληθώς θετικών μετρήσεων και του κόστους από το ποσοστό των ψευδώς θετικών μετρήσεων. Αναφέρεται ότι ένας διακριτός κατηγοριοποιητής είναι αυτός που παράγει ως αποτέλεσμα μόνο μια τιμή κλάσης. Κάθε διακριτός κατηγοριοποιητής παράγει ένα ζεύγος FPR, TPR το οποίο και αντιστοιχεί σε ένα μόνο σημείο πάνω στον ROC χώρο. Υπάρχουν ορισμένα σημεία πάνω στον ROC χώρο που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Αρχικά, το χαμηλότερο σημείο από τα αριστερά, το, αντιπροσωπεύει τη στρατηγική του να μην εκδίδεται ποτέ μια θετική κατηγοριοποίηση. Αυτό σημαίνει ότι στη συγκεκριμένη περίπτωση ένας κατηγοριοποιητής δεν παράγει ούτε ψευδώς θετικά αποτελέσματα αλλά ούτε και αληθώς θετικά. Η αντίθετη περίπτωση κατά την οποία ανεξαρτήτως συνθηκών παράγονται μόνο θετικές κατηγοριοποιήσεις αντιπροσωπεύεται από το ανώτερο από τα δεξιά σημεία,. Το σημείο, αντιπροσωπεύει την τέλεια κατηγοριοποίηση. Θεωρείται ότι ένα σημείο στον ROC χώρο είναι καλύτερο από ένα άλλο εφόσον βρίσκεται περισσότερο βορειοδυτικά από εκείνο, γεγονός που σημαίνει ότι FPR χαμηλότερο, TPR υψηλότερο ή και τα δύο. Οι κατηγοριοποιητές που εμφανίζονται στην αριστερή πλευρά του ROC γραφήματος, κοντά στον άξονα των Χ, μπορούν να θεωρηθούν πιο συντηρητικοί καθώς αυτοί πραγματοποιούν θετικές κατηγοριοποιήσεις μόνο όταν διαθέτουν ισχυρές ενδείξεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να δίνουν ορισμένες φορές ψευδώς θετικά αποτελέσματα. Η συγκεκριμένη όμως τακτική έχει ως συνέπεια ένα χαμηλό TPR δηλαδή περιορισμένο αριθμό αληθώς θετικών αποτελεσμάτων. Από την άλλη πλευρά, οι κατηγοριοποιητές που βρίσκονται στην άνω δεξιά πλευρά του ROC γραφήματος πραγματοποιούν θετικές κατηγοριοποιήσεις με ασθενέστερα στοιχεία με αποτέλεσμα να κατηγοριοποιούν σχεδόν όλα τα θετικά περιστατικά σωστά, αλλά συγχρόνως να έχουν και υψηλό ποσοστό ψευδώς θετικών κατηγοριοποιήσεων. Πολλοί κατηγοριοποιητές, όπως τα δένδρα απόφασης ή τα σύνολα κανόνων, είναι σχεδιασμένοι έτσι ώστε να παράγουν μια μόνο απόφαση κλάσης. Όταν ένας τέτοιος διακριτός κατηγοριοποιητής εφαρμόζεται σε ένα σύνολο δεδομένων ενός ελέγχου, δίνει έναν πίνακα ενδεχομένων ο οποίος με τη σειρά του αντιστοιχεί σε ένα ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 36

151 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ μόνο ROC σημείο. Αυτό σημαίνει ότι ένας διακριτός κατηγοριοποιητής παράγει μόνο ένα σημείο στον ROC χώρο. Αναφέρεται ότι ορισμένοι κατηγοριοποιητές όπως τα νευρωνικά δίκτυα, δίνουν ένα περιστατικό πιθανότητας ή μια αριθμητική τιμή που αντιπροσωπεύει το βαθμό κατά τον οποίο ένα περιστατικό αποτελεί μέλος μιας κλάσης. Οι εν λόγω τιμές μπορεί να είναι αυστηρές πιθανότητες κατά την οποία περίπτωση αυτές προσκολλώνται σε σταθερά θεωρήματα πιθανότητας. Επίσης, οι συγκεκριμένες τιμές θα μπορούσαν να είναι μη βαθμονομημένα σκορ, κατά την οποία περίπτωση η μόνη ιδιότητα που διατηρούν είναι ότι ένα υψηλότερο σκορ υποδηλώνει μια μεγαλύτερη πιθανότητα. Ένας τέτοιος βαθμιδωτός κατηγοριοποιητής είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί με ένα όριο, το λεγόμενο σημείο απόφασης, ώστε να παράγει ένα διακριτό δυαδικό κατηγοριοποιητή. Αν το αποτέλεσμα του κατηγοριοποιητή είναι πάνω από το συγκεκριμένο όριο, ο κατηγοριοποιητής δίνει σαν αποτέλεσμα ένα Υ Ναι διαφορετικά δίνει ένα Ν Όχι. Κάθε τιμή ορίου δίνει και ένα διαφορετικό σημείο πάνω στον ROC χώρο. Επομένως, ένα όριο σημείο απόφασης, κυμαίνεται από το - εώς το + και σχηματίζει μια καμπύλη στον ROC χώρο. Μια σημαντική ιδιότητα των ROC γραφημάτων είναι ότι μετρούν την ικανότητα ενός ταξινομητή να παράγει καλά συγκριτικά σκορ των διαφόρων περιστατικών. Δεν είναι αναγκαίο και απαραίτητα χρήσιμο ένας ταξινομητής να παράγει ακριβείς, βαθμονομημένες εκτιμήσεις πιθανότητας. Αυτό που έχει κυρίως σημασία είναι να δίνει ακριβή συγκριτικά σκορ, γεγονός που εξυπηρετεί στη διάκριση μεταξύ θετικών και αρνητικών περιστατικών. Η μετρική ακρίβεια της ROC καμπύλης επιβάλλει ένα όριο, δηλαδή το σκορ να είναι μεγαλύτερο του,5 και μετρά τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων με βάση τα σκορ. Το μέτρο της ακρίβειας θα είναι τελείως κατάλληλο αν τα σκορ ήταν κατάλληλες πιθανότητες αλλά δεν είναι. Αυτό σημαίνει ότι τα σκορ δεν είναι κατάλληλα βαθμονομημένα ενώ οι πραγματικές πιθανότητες είναι. Παράλληλα, οι ROC καμπύλες έχουν μια πολύ σημαντική ιδιότητα, δεν επηρεάζονται από αλλαγές στην κατανομή της κλάσης. Αυτό σημαίνει ότι αν η αναλογία των θετικών προς τα αρνητικά περιστατικά αλλάξει σε ένα σύνολο δεδομένων ενός ελέγχου, οι ROC καμπύλες θα παραμείνουν ανεπηρέαστες. Για πολλούς ερευνητές, οι μεγάλες ασυμμετρίες κλάσης και οι μεγάλες αλλαγές στις ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 37

152 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ κατανομές της κλάσης είναι πιθανόν να φαίνονται αφύσικες και μη ρεαλιστικές. Παρόλα αυτά, ασυμμετρίες κλάσης, της τάξης του και είναι πολύ συνηθισμένες σε τομείς του πραγματικού κόσμου και ασυμμετρίες άνω της τάξης του 6 έχουν παρατηρηθεί σε διάφορους τομείς. Επιπλέον, η ακρίβεια και η ευαισθησία είναι συνηθισμένες στην επανάκτηση πληροφορίας για την αξιολόγηση της αναπαράστασης κατηγοριοποίησης. Αναφέρεται ότι τα γραφήματα ακριβείας ευαισθησίας χρησιμοποιούνται ευρέως όταν κάποιες φορές υπάρχουν στατικά σύνολα δεδομένων. Η ROC καμπύλη είναι μια δισδιάστατη απεικόνιση της αναπαράστασης ενός ταξινομητή. Προκειμένου να συγκριθούν ταξινομητές, πρέπει να περιοριστεί η ROC αναπαράσταση σε μια απλά βαθμιδωτή τιμή, η οποία θα αντιπροσωπεύει την αναμενόμενη αναπαράσταση. Η πιο συνηθισμένη μέθοδος είναι ο υπολογισμός του εμβαδού κάτω από τη ROC καμπύλη, το οποίο συμβολίζεται με AUC Area Under Curve. Επιπλέον, καθώς το AUC αποτελεί αναλογία του εμβαδού προς την τετραγωνική μονάδα, η τιμή του θα κυμαίνεται πάντα μεταξύ του και του. Αναφέρεται ότι κανένας ρεαλιστικός ταξινομητής δεν μπορεί να έχει εμβαδόν μικρότερο από,5 και το οποίο σχηματίζει η διαγώνιος γραμμή μεταξύ των σημείων, και,. Το εμβαδόν AUC έχει μια πολύ σημαντική στατιστική ιδιότητα. Το AUC ενός ταξινομητή είναι ισοδύναμο με την πιθανότητα ένας ταξινομητής να βαθμολογήσει ένα τυχαία επιλεγμένο θετικό περιστατικό υψηλότερα από ένα τυχαία επιλεγμένο αρνητικό περιστατικό. Είναι πιθανόν ένας υψηλού εμβαδού AUC ταξινομητής να συμπεριφέρεται χειρότερα σε μια συγκεκριμένη περιοχή του ROC χώρου από ότι ένας χαμηλού εμβαδού AUC ταξινομητής. Στην πράξη, το κριτήριο του AUC εμβαδού λειτουργεί πολύ καλά και χρησιμοποιείται συχνά όταν απαιτείται ένα γενικό μέτρο της ικανότητας πρόβλεψης. Αν και οι ROC καμπύλες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση ταξινομητών πρέπει να υπάρξει προσοχή όταν αυτές χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή συμπερασμάτων όσον αφορά στην υπεροχή ταξινομητών. Πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι ένα ROC γράφημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να επιλεγούν οι καλύτεροι ταξινομητές απλά αναπαριστώντας τους σε ένα ROC χώρο και παρατηρώντας ποιος επικρατεί. Βέβαια, αυτή η θεώρηση είναι παραπλανητική. Είναι ανάλογο με το να ληφθεί το μέγιστο από ένα σύνολο γραφικών παραστάσεων ακριβείας ενός συνόλου δεδομένων ενός μεμονωμένου τεστ. Σημειώνεται ότι χωρίς ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 38

153 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ την ύπαρξη ενός μέτρου διασποράς δεν είναι εύκολο να πραγματοποιηθεί σύγκριση των ταξινομητών. Ο υπολογισμός της μέσης ROC καμπύλης αποτελεί απλή διαδικασία αν τα αυθεντικά περιστατικά είναι διαθέσιμα. Δεδομένου ενός συνόλου δεδομένων Τ, Τ,..., Τ n τα οποία έχουν προέλθει από μια διασταυρωμένη επικύρωση, το μόνο που είναι εφικτό να πραγματοποιηθεί είναι η κατηγοριοποίηση με συγχώνευση των περιστατικών με βάση την τιμή που τους αντιστοιχεί σε ένα μεγάλο σύνολο Τ Μ. Κατόπιν, παράγεται η ROC καμπύλη και δημιουργείται η γραφική αναπαράσταση του αποτελέσματος. Η συγκεκριμένη διαδικασία δίνει τη μέση αναμενόμενη ROC αναπαράσταση. Παρόλα αυτά, ο πρωτεύων λόγος για τον οποίο χρησιμοποιούνται πολλαπλά σύνολα ελέγχου είναι για να αντληθεί από αυτό ένα μέτρο διασποράς και το οποίο αυτή η απλή μέθοδος συγχώνευσης δεν παρέχει. Ο ROC χώρος είναι δύο διαστάσεων και κάθε μέσος όρος ενός μεγέθους είναι απαραιτήτως μιας διάστασης. Οι ROC καμπύλες είναι δυνατόν να προβληθούν σε μια διάσταση και συμβατικά κατά μέσο όρο, αλλά αυτό οδηγεί στο ερώτημα αν η εν λόγω προβολή είναι κατάλληλη ή πιο συγκεκριμένα, αν με αυτή διατηρούνται κάποια χαρακτηριστικά της καμπύλης που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Η απάντηση εξαρτάται από το λόγο για τον οποίο θα παραχθεί η μέση καμπύλη. Ένα πλεονέκτημα των ROC γραφημάτων είναι ότι καθιστούν εφικτή την απεικόνιση και οργάνωση της αναπαράστασης ταξινομητών χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι κατανομές κλάσεων ή τα κόστη λαθών. Αυτή η ιδιότητα αποκτά ιδιαίτερη σημασία όταν διερευνάται η εκμάθηση με ασύμμετρες κατανομές ή η ευαίσθητη ως προς το κόστος μάθηση. Ένας ταξινομητής θεωρείται βέλτιστος αν βρίσκεται πάνω στην κυρτή θήκη conve hull του συνόλου των σημείων στο ROC χώρο. Η κυρτή αυτή θήκη ονομάζεται ROC conve hull του αντίστοιχου συνόλου ταξινομητών. Η μέθοδος του ROC conve hull βασίζεται στο συνδυασμό της ανάλυσης αποφάσεων και της ROC ανάλυσης και τις υιοθετεί για τη σύγκριση ενός πλήθους ταξινομητών. Η συγκεκριμένη μέθοδος εφαρμόζεται και σε δίτιμους αλλά και σε συνεχείς ταξινομητές. Οι δίτιμοι ταξινομητές αναπαριστώνται από χωριστά σημεία στο ROC χώρο. Ενώ, οι συνεχείς ταξινομητές παράγουν αριθμητικά αποτελέσματα στα οποία εφαρμόζεται ένα διαχωριστικό όριο και με αυτόν τον τρόπο παράγεται μια σειρά από ζεύγη τιμών τα οποία συνθέτουν τη ROC καμπύλη. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 39

154 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Η ROC ανάλυση εφαρμόζεται συχνά στη λήψη ιατρικών αποφάσεων κατά την οποία δύο κλάσεις διάγνωσης παρουσία ή απουσία μιας παθολογικής κατάστασης είναι απόλυτα συνηθισμένο φαινόμενο. Οι δύο άξονες αντιπροσωπεύουν τη συσχέτιση μεταξύ σφαλμάτων, δηλαδή τα λανθασμένα θετικά αποτελέσματα, και οφελών, δηλαδή τα σωστά θετικά αποτελέσματα, που ένας ταξινομητής πραγματοποιεί μεταξύ δύο κλάσεων. Είναι γεγονός ότι με περισσότερες από δύο κλάσεις η κατάσταση γίνεται πολύ πιο περίπλοκη, εφόσον πρέπει να διαχειριστεί ολόκληρος ο χώρος. Μια μέθοδος για να διαχειριστούν οι n κλάσεις είναι να παραχθούν n διαφορετικά ROC γραφήματα, ένα για την κάθε κλάση. Η παραπάνω διαδικασία ονομάζεται class reference σχηματισμός. Αναφέρεται ότι σε αυτήν την περίπτωση διακυβεύεται μια από τις πιο σημαντικές ιδιότητες των ROC γραφημάτων, το γεγονός δηλαδή ότι αυτά είναι ανεπηρέαστα ως προς την ασυμμετρία κλάσης. Το εμβαδόν AUC είναι ένα μέτρο της ικανότητας διαχωρισμού σε ένα ζεύγος κλάσεων. Σε ένα πρόβλημα δύο κλάσεων, το εμβαδόν AUC είναι μια τιμή μιας μόνο κλίμακας, αλλά ένα πρόβλημα πολλών κλάσεων εισάγει το ζήτημα του συνδυασμού πολλαπλών τιμών διαχωρισμού. Στη συγκεκριμένη περίπτωση πολλών κλάσεων, το εμβαδόν υπολογίζεται δημιουργώντας τη ROC καμπύλη κάθε κλάσης, έπειτα μετρώντας το εμβαδόν κάτω από την καμπύλη και τέλος αθροίζοντας τα εν λόγω AUC εμβαδά πολλαπλασιασμένα με τον αντίστοιχο συντελεστή βαρύτητας των κλάσεων. Τέλος, συμπεραίνεται ότι τα ROC γραφήματα αποτελούν ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την απεικόνιση και την αξιολόγηση ταξινομητών. Αυτά παρέχουν τη δυνατότητα ενός πολύτιμου μέτρου για την αναπαράσταση ταξινομητών σε σχέση με την τιμή του σφάλματος ή της ακριβείας και διατηρούν κάποια πλεονεκτήματα, έναντι άλλων μέτρων αξιολόγησης, όπως τα γραφήματα ακριβείας ευαισθησίας. Παρόλα αυτά, σημειώνεται ότι όπως και με κάθε άλλη μετρική αξιολόγησης, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν σωστά, απαιτείται γνώση των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών και των περιορισμών τους. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

155 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Βιβλιογραφία 5 ου Κεφαλαίου [] J Jiang, P Trundle, J Ren, Medical image analsis with artificial neural networks Computerized Medical Imaging and Graphics, 34:67-63,. [] W Pedrcz, Construction of Fuzz Relational Models, Cbernetics and Sstems Research, vol., p , 984. [3] W Pedrcz, Fuzz Control and Fuzz Sstems, Research Studies, New Jerse: Press Wile, 995. [4] JC Bezdek JC, Pattern Recognition with Fuzz Objective Function Algorithms, New York: Plenum Press, 987. [5] JC Bezdek, DK Pal, Fuzz Models for Pattern Recognition Methods that search for patterns in data, New York: IEEE Press, 99. [6] JC Bezdek, Fuzz Mathematics in Pattern Classification, Phd Dissertation, Ithaka, New York: Cornell Universit, 973. [7] JC Bezdek, Cluster validit with the fuzz sets, Journal of Cbernatics, vol.3, p.58-73, 974. [8] JC Bezdek, A convergence theorem for the fuzz ISODATA clustering algorithms, IEEE Transactions pattern anal. Machine intelligence PAMI, vol., p.-8, 98. [9] Μ Βαζιργιάννης, Μ Χαλκίδη, Εξόρυξη από βάσεις δεδομένων και τον παγκόσμιο ιστό, Αθήνα: Τυπωθήτω Γιώργος Δαρδάνος, 5. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

156 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 6 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 6. Εισαγωγή Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή των αλγορίθμων που αναλύθηκαν προηγουμένως, τόσο για τα υστεροσκοπικά δεδομένα όσο και για τα ιστολογικά. Αναλυτικά, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την εφαρμογή των νευρωνικών δικτύων και της μεθόδου ασαφών c μέσων Fuzz C Means για τα υστεροσκοπικά και τα ιστολογικά δεδομένα και κατόπιν οι καμπύλες ROC και η στατιστική ανάλυση για τα υστεροσκοπικά δεδομένα. 6. Αποτελέσματα υστεροσκοπικών δεδομένων 6.. Υστεροσκοπικά δεδομένα Τα δεδομένα που εξετάστηκαν στη μελέτη αποτελούνταν από ασθενείς με καρκίνο του ενδομητρίου CA, 8 ασθενείς με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία AUB και 39 άτομα χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση NORMAL. Οι γυναίκες που συμμετείχαν ήταν και πριν και μετά την εμμηνόπαυση. Όλες οι ασθενείς με καρκίνο του ενδομητρίου ήταν μετά την εμμηνόπαυση, από τις ασθενείς με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία οι 6 ήταν πριν την εμμηνόπαυση και οι μετά και όλα τα άτομα χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση ήταν πριν την εμμηνόπαυση. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 4

157 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 6.. Υπολογισμός και επιλογή χαρακτηριστικών μεγεθών Τα χαρακτηριστικά υπολογίστηκαν βασιζόμενα στην πολυπλοκότητα των αγγείων καθώς και στην υφή των υστεροσκοπικών εικόνων. Το συνολικό πλήθος των εν λόγω χαρακτηριστικών μεγεθών ήταν 67. Αναλυτικά, ήταν 9 χαρακτηριστικά για την αγγειακή δομή των εικόνων και τα οποία είναι τα ακόλουθα: η μέση τιμή και η τυπική απόκλιση της διαμέτρου των αγγείων, η μέση τιμή και η τυπική απόκλιση του προσανατολισμού αυτών, η μέση τιμή και η τυπική απόκλιση του μήκους τους, το πλήθος όλων των αγγείων της εικόνας, το πλήθος όλων των διακλαδώσεων της εικόνας και η κλασματική διάσταση αυτής. Παράλληλα, ήταν 58 χαρακτηριστικά υφής και τα οποία είναι τα ακόλουθα: η κλασματική διάσταση της εικόνας, η κενότητα και τα στατιστικά χαρακτηριστικά ας τάξης από τον πίνακα συνεμφάνισης επιπέδων γκρίζου τόνου. Στο σύνολο αυτών, εφαρμόστηκε κατάλληλος αλγόριθμος επιλογής χαρακτηριστικών με σκοπό την εύρεση του βέλτιστου υποσυνόλου χαρακτηριστικών. Η συγκεκριμένη ενέργεια έλαβε χώρα ώστε να επιτευχθεί στη συνέχεια η μεγαλύτερη δυνατή απόδοση του κατηγοριοποιητή. Όπως προαναφέρθηκε, ο αλγόριθμος επιλογής χαρακτηριστικών που χρησιμοποιήθηκε ήταν η μέθοδος της Σειριακής Εμπρόσθιας Μεταβλητής Επιλογής και το πλήθος των χαρακτηριστικών που επελέγησαν και αποτελούν το βέλτιστο υποσύνολο ήταν 4:. η κλασματική διάσταση της εικόνας που περιλαμβάνει τους κεντρικούς άξονες της υστεροσκοπικής εικόνας με λευκό χρώμα στο μαύρο φόντο Χ,. το information measure of correlation με απόσταση ίση με και γωνία ο στατιστικό χαρακτηριστικό ας τάξης από τον πίνακα συνεμφάνισης επιπέδων γκρίζου τόνου Χ, 3. το information measure of correlation με απόσταση ίση με και γωνία ο στατιστικό χαρακτηριστικό ας τάξης από τον πίνακα συνεμφάνισης επιπέδων γκρίζου τόνου Χ 3, 4. η συσχέτιση με απόσταση ίση με και γωνία 9 ο στατιστικό χαρακτηριστικό ας τάξης από τον πίνακα συνεμφάνισης επιπέδων γκρίζου τόνου Χ 4. Οι τιμές των χαρακτηριστικών μεγεθών για τα επιλεγμένα 4 χαρακτηριστικά εμφανίζονται αναλυτικά στο Παράρτημα Β, στους Πίνακες - 4. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 43

158 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 6..3 Κατηγοριοποίηση με τη μέθοδο ασαφών c μέσων Η πιο διαδεδομένη μέθοδος ασαφούς ομαδοποίησης είναι ο αλγόριθμος Ασαφών C Μέσων Fuzz c - Means. Ο εν λόγω αλγόριθμος χρησιμοποιήθηκε στις υστεροσκοπικές εικόνες του ενδομητρίου και τα αποτελέσματα που έδωσε δεν ήταν επαρκώς ικανοποιητικά. Για αυτόν το λόγο, ακολουθήθηκε η κατηγοριοποίηση με τα νευρωνικά δίκτυα η οποία απέδωσε βέλτιστα αποτελέσματα. Ακολούθως, στον Πίνακα 6. παρουσιάζεται η απόδοση του αλγορίθμου των ασαφών c μέσων για όλες τις υστεροσκοπικές εικόνες του ενδομητρίου ασθενών με καρκίνο ενδομητρίου CA, ασθενών με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία AUB και ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση NORMAL. Εμφανίζονται τα αποτελέσματα τόσο για όλα τα χαρακτηριστικά μεγέθη, όσο και για τα 4 επιλεγμένα χαρακτηριστικά που προέκυψαν από τη μέθοδο επιλογής χαρακτηριστικών SFFS. Πίνακας 6.: Απόδοση classification accurac % αλγορίθμου ασαφών c μέσων, για όλα τα χαρακτηριστικά και για τα επιλεγμένα χαρακτηριστικά. Απόδοση Classification accurac % Όλα τα χαρακτηριστικά 4 επιλεγμένα χαρακτηριστικά AUB 7,3 75, CA 7,5 7, NORMAL 79, 83, Σύνολο 76,3 77,9 Στη συνέχεια, η ευαισθησία sensitivit και η ειδικότητα specificit για τον αλγόριθμο των ασαφών c μέσων υστεροσκοπικών εικόνων ασθενών με καρκίνο ενδομητρίου CA, ασθενών με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία AUB και ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση NORMAL παρουσιάζεται στον Πίνακα 6.. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 44

159 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Πίνακας 6.: Ευαισθησία και ειδικότητα για τον αλγόριθμο των ασαφών c μέσων, για όλα τα χαρακτηριστικά και για τα επιλεγμένα χαρακτηριστικά. Ευαισθησία Ειδικότητα AUB NORMAL CA NORMAL AUB & CA NORMAL Όλα τα χαρακτηριστικά 7,3 7, 4 Επιλεγμένα χαρακτηριστικά 74, 7,6 Όλα τα χαρακτηριστικά 7,7 7,3 4 Επιλεγμένα χαρακτηριστικά 73, 7,9 Όλα τα χαρακτηριστικά 7,8 7,3 4 Επιλεγμένα χαρακτηριστικά 74, 7, Τα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι η απόδοση βελτιώνεται όταν χρησιμοποιούνται μεμονωμένα τα 4 επιλεγμένα χαρακτηριστικά σε σχέση με το συνολικό αριθμό των χαρακτηριστικών Κατηγοριοποίηση με Νευρωνικά Δίκτυα Τα νευρωνικά δίκτυα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν 3 επιπέδων, με επίπεδο εισόδου 67 νευρώνων, κρυφό επίπεδο με, 5, νευρώνες, και επίπεδο εξόδου νευρώνων. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με όλα τα χαρακτηριστικά μεγέθη, καθώς και με τα 4 μεμονωμένα χαρακτηριστικά που προέκυψαν από τη μέθοδο επιλογής χαρακτηριστικών SFFS. Αξιόλογα αποτελέσματα υπήρξαν στην περίπτωση των νευρωνικών δικτύων για όλα τα χαρακτηριστικά υφής, παρόλα αυτά, τα αποτελέσματα ήταν βέλτιστα για την περίπτωση των 4 επιλεγμένων χαρακτηριστικών. Αναφέρεται ότι για όλους τους διαφορετικούς συνδυασμούς των παραπάνω παραμέτρων πραγματοποιήθηκαν επαναλήψεις, από τις οποίες ελήφθησε ο μέσος όρος και στη συνέχεια υπολογίστηκαν η ειδικότητα specificit και η ευαισθησία sensitivit για κάθε συνδυασμό. Επιλέχθηκε το σύνολο ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 45

160 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ εκπαίδευσης να είναι το 7% των υστεροσκοπικών δεδομένων, δηλαδή ασθενείς με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία AUB, 7 ασθενείς με καρκίνο του ενδομητρίου CA και 8 υγιείς NORMAL. Το υπόλοιπο 3% των υστεροσκοπικών δεδομένων είναι το σύνολο ελέγχου. Ακολούθως, παρουσιάζεται ο Πίνακας 6.3 όπου εμφανίζεται η απόδοση των νευρωνικών δικτύων έχοντας διάφορους συνδυασμούς τιμών για το πλήθος των νευρώνων και το πλήθος των εποχών του κατηγοριοποιητή. Όπως διαφαίνεται, ο βέλτιστος συνδυασμός είναι το πλήθος των νευρώνων να ισούται με και το πλήθος των εποχών με.. Πίνακας 6.3: Απόδοση classification accurac % νευρωνικών δικτύων για διάφορες τιμές στο πλήθος των εποχών και στο πλήθος των νευρώνων, για όλα τα χαρακτηριστικά και για τα επιλεγμένα χαρακτηριστικά. Απόδοση Classification accurac % Πλήθος εποχών Πλήθος Όλα τα 4 επιλεγμένα νευρώνων χαρακτηριστικά χαρακτηριστικά 8,6 83,9. 5 8,5 85,7 87,6 9, 83, ,3 86,3 8, 87,4 8,8 84, ,9 87,6 8,6 85, Παρακάτω, στον Πίνακα 6.4, εμφανίζεται η απόδοση των νευρωνικών δικτύων υστεροσκοπικών εικόνων ασθενών με καρκίνο ενδομητρίου CA, ασθενών με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία AUB και ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση NORMAL, τόσο για όλα τα χαρακτηριστικά μεγέθη που υπολογίστηκαν αρχικά, όσο και για τα 4 χαρακτηριστικά που επελέγησαν με τη μέθοδο επιλογής χαρακτηριστικών SFFS και για το επιλεγμένο πλήθος νευρώνων και το επιλεγμένο πλήθος εποχών του κατηγοριοποιητή. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 46

161 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Πίνακας 6.4: Απόδοση classification accurac % νευρωνικών δικτύων, για όλα τα χαρακτηριστικά και για τα επιλεγμένα χαρακτηριστικά. Απόδοση Classification accurac % Όλα τα χαρακτηριστικά 4 επιλεγμένα χαρακτηριστικά AUB 89,6 94,6 CA 8,8 85,6 NORMAL 9,7 93,3 Σύνολο 87,6 9, Στη συνέχεια, η ευαισθησία sensitivit και η ειδικότητα specificit για τα νευρωνικά δίκτυα υστεροσκοπικών εικόνων ασθενών με καρκίνο ενδομητρίου CA, ασθενών με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία AUB και ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση NORMAL παρουσιάζεται στον Πίνακα 6.5. Πίνακας 6.5: Ευαισθησία και ειδικότητα για τα νευρωνικά δίκτυα, για όλα τα χαρακτηριστικά και για τα επιλεγμένα χαρακτηριστικά. Ευαισθησία Ειδικότητα AUB NORMAL Όλα τα χαρακτηριτικά 8, 8,5 4 Επιλεγμένα χαρακτηριστικά 9,4 87,7 CA NORMAL Όλα τα χαρακτηριτικά 75,6 9, 4 Επιλεγμένα χαρακτηριστικά 8, 95, Όλα τα AUB & CA χαρακτηριτικά 84,8 83, NORMAL 4 Επιλεγμένα χαρακτηριστικά 93,6 83,8 ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 47

162 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Αναφέρεται ότι τα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι η απόδοση βελτιώνεται όταν χρησιμοποιούνται μεμονωμένα τα 4 επιλεγμένα χαρακτηριστικά σε σχέση με το συνολικό αριθμό των χαρακτηριστικών Στατιστική Ανάλυση Η ανάλυση διασποράς Analsis of Variance ANOVA είναι μέθοδος στατιστικού ελέγχου υποθέσεων και χρησιμοποιείται στη συγκεκριμένη μελέτη για την ανάλυση των ασθενών με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία και καρκίνο του ενδομητρίου καθώς και των ατόμων που δεν χαρακτηρίζονται από κάποια παθολογική κατάσταση. Στους πίνακες παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης για τα 4 επιλεγμένα χαρακτηριστικά και στα οποία φαίνεται ότι το information measure of correlation και η συσχέτιση αποτελούν τα χαρακτηριστικά που επιτυγχάνουν καλύτερο διαχωρισμό μεταξύ των ομάδων δεδομένων AUB, CA, NORMAL. Πίνακας 6.6: Στατιστική ανάλυση για την κλασματική διάσταση. Ομάδες Μετρητής Άθροισμα Μέση τιμή Διακύμανση AUB 6,86,686,65 CA 8 7,9377,6498,43 NORMAL 39 9,9 3,5873,589 Άθροισμα Πηγή προέλευσης τετραγώνων Βαθμοί ελευθερίας Μεταξύ ομάδων 3,9493 Μέσα στις ομάδες,73 74 Σύνολο 4, Πηγή προέλευσης Μέσο τετράγωνο F P-value Κριτήριο F Μεταξύ ομάδων,97465,796,4e-3 3,349 Μέσα στις ομάδες,977 ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 48

163 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Πίνακας 6.7: Στατιστική ανάλυση για το information measure of correlation. Ομάδες Μετρητής Άθροισμα Μέση τιμή Διακύμανση AUB 8-5, -,5364,354 CA -6,3345 -,6334,3 NORMAL 39-3,647 -,34993,5 Άθροισμα Πηγή προέλευσης τετραγώνων Βαθμοί ελευθερίας Μεταξύ ομάδων,9335 Μέσα στις ομάδες, Σύνολο, Πηγή προέλευσης Μέσο τετράγωνο F P-value Κριτήριο F Μεταξύ ομάδων,46665,939 4,E-3 3,349 Μέσα στις ομάδες,469 Πίνακας 6.8: Στατιστική ανάλυση για το information measure of correlation. Ομάδες Μετρητής Άθροισμα Μέση τιμή Διακύμανση AUB 8 7,9859, ,64E-7 CA 9,998664,999866,9E-8 NORMAL 39 38,4367,985453,558 Άθροισμα Πηγή προέλευσης τετραγώνων Βαθμοί ελευθερίας Μεταξύ ομάδων,383 Μέσα στις ομάδες, Σύνολο, Πηγή προέλευσης Μέσο τετράγωνο F P-value Κριτήριο F Μεταξύ ομάδων,9,37573,4 3,349 Μέσα στις ομάδες,8 ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 49

164 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Πίνακας 6.9: Στατιστική ανάλυση για τη συσχέτιση. Ομάδες Μετρητής Άθροισμα Μέση τιμή Διακύμανση AUB 8 7,64635, ,33 CA 9,896397,989639, NORMAL 39 38, ,983589,738 Άθροισμα Πηγή προέλευσης τετραγώνων Βαθμοί ελευθερίας Μεταξύ ομάδων,89747 Μέσα στις ομάδες, Σύνολο, Πηγή προέλευσης Μέσο τετράγωνο F P-value Κριτήριο F Μεταξύ ομάδων,44873,74965,7637 3,349 Μέσα στις ομάδες, Ανάλυση με ROC γραφήματα Τα ROC γραφήματα χρησιμοποιούνται στη συγκεκριμένη μελέτη στοχεύοντας στην επιβεβαίωση της αποδοτικότητας του κατηγοριοποιητή μετά την επιλογή των 4 καλύτερων χαρακτηριστικών. Αναλυτικά, για το σύνολο των ασθενών με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία και των ατόμων που δεν παρουσιάζουν κάποια παθολογική κατάσταση, οι ROC καμπύλες παρουσιάζονται στην Εικόνα 6.. Το εμβαδόν της συγκεκριμένης περιοχής κάτω από τη ROC καμπύλη AUC είναι,83 για το information measure of correlation,,53 για την κλασματική διάσταση,,973 για το information measure of correlation και,79 για τη συσχέτιση. Όπως αποδεικνύεται, το χαρακτηριστικό με την καλύτερη δυνατότητα διαχωρισμού των αρχικών δεδομένων είναι το information measure of correlation, το αμέσως επόμενο είναι η συσχέτιση, το επόμενο η κλασματική διάσταση και τελευταίο το information measure of correlation. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

165 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εικόνα 6.. ROC καμπύλες για τις ασθενείς με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία και των ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση. Για το σύνολο των ασθενών με καρκίνο του ενδομητρίου και των ατόμων που δεν παρουσιάζουν κάποια παθολογική κατάσταση, οι ROC καμπύλες παρουσιάζονται στην Εικόνα 6.. Το εμβαδόν της συγκεκριμένης περιοχής κάτω από τη ROC καμπύλη AUC είναι,3 για το information measure of correlation,,5 για την κλασματική διάσταση,, για το information measure of correlation και,9 για τη συσχέτιση. Όπως αποδεικνύεται, το χαρακτηριστικό με την καλύτερη δυνατότητα διαχωρισμού των αρχικών δεδομένων είναι το information measure of correlation, το αμέσως επόμενο είναι η συσχέτιση, το επόμενο είναι το information measure of correlation και τελευταία είναι η κλασματική διάσταση. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

166 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εικόνα 6.. ROC καμπύλες για τις ασθενείς με καρκίνο του ενδομητρίου και των ατόμων χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση. Τέλος, για το σύνολο των ασθενών με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία και αυτών με καρκίνο του ενδομητρίου σε σχέση με τα άτομα που δεν παρουσιάζουν κάποια παθολογική κατάσταση, οι ROC καμπύλες παρουσιάζονται στην Εικόνα 6.3. Το εμβαδόν της συγκεκριμένης περιοχής κάτω από τη ROC καμπύλη AUC είναι,69 για το information measure of correlation,,39 για την κλασματική διάσταση,,98 για το information measure of correlation και,8 για τη συσχέτιση. Όπως αποδεικνύεται, το χαρακτηριστικό με την καλύτερη δυνατότητα διαχωρισμού των αρχικών δεδομένων είναι το information measure of correlation, το αμέσως επόμενο είναι η συσχέτιση, το επόμενο είναι η κλασματική διάσταση και τελευταίο είναι το information measure of correlation. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 5

167 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εικόνα 6.3. ROC καμπύλες για τις ασθενείς με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία και καρκίνο του ενδομητρίου, σε σχέση με τα άτομα χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση. Τα ROC διαγράμματα που παρουσιάζονται παραπάνω αποδεικνύουν ότι το πιο ισχυρό χαρακτηριστικό για το διαχωρισμό των κατηγοριών υστεροσκοπικών εικόνων AUB, CA, NORMAL είναι το information measure of correlation Χ και το αμέσως επόμενο ισχυρότερο είναι η συσχέτιση Χ. Στην περίπτωση των ασθενών με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία σε σχέση με τα άτομα χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση καθώς και στην περίπτωση των ασθενών με ανώμαλη ενδομήτρια αιμορραγία και καρκίνο του ενδομητρίου σε σχέση με τα άτομα χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση, το τρίτο λιγότερο ισχυρό είναι η κλασματική διάσταση Χ 3 και το τέταρτο το information measure of correlation Χ 4. Αντίθετα, στην περίπτωση των ασθενών με καρκίνο του ενδομητρίου σε σχέση με τα άτομα χωρίς κάποια παθολογική κατάσταση, το τρίτο λιγότερο ισχυρό είναι το information measure of correlation Χ 3 και το τέταρτο η κλασματική διάσταση Χ 4. Στον Πίνακα 6. παρουσιάζεται η κατάταξη με τα πιο ισχυρά χαρακτηριστικά για κάθε περίπτωση κατηγορίας υστεροσκοπικών εικόνων. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑ ΑΘ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ 53