Slope 條件判斷

Slope

在 Slope 機制的設計中，會先觀察腫瘤第一主成分：2 的波形，即圖中高凸 的波。在將其利用微分找尋斜率過後，會如下圖 3-15 所示。而關於取斜率的步 驟為將力量資訊圖每 3mm 即取一次斜率。為何需要 3mm 才取斜率則是因為當 間隔太少時，曲線的變化不大，不宜判斷。所以才隔 3mm 取一次斜率。

圖 3-15 斜 率 圖

上圖為微分取斜率後的結果，在判斷上面，可以知道在 peak 的部分，理想 上應是斜率先大於 0 且會逐漸上升，過了波峰之後，斜率會瞬間小於 0 且會逐漸 平緩，如圖 3-15。因此在偵測的條件判斷方面，本實驗是依據第一主成分：2 的 腫瘤來去制定標準，在圖中分別將斜率的最大最小值給記錄下來，整理成下表 3-2。

表 3-2 第一主成分：2 的斜率最大最小值

Slope 實驗結果

下列圖為經由 Slope 機制判斷後的結果，藍色線為經由處理過後的力量斜率 資訊，而紅色區塊為在判斷過後，有通過偵測機制的區域。

圖 3-16 第 一 主 成 分 ： 2、 第 二 主 成 分 ： 1～ 5、 硬 度 ： 5 力 量 圖

圖 3-17 第 一 主 成 分 ： 3、 第 二 主 成 分 ： 1～ 5、 硬 度 ： 5 力 量 圖

圖 3-18 第 一 主 成 分 ： 4、 第 二 主 成 分 ： 1～ 5、 硬 度 ： 5 力 量 圖

圖 3-19 第 一 主 成 分 ： 5、 第 二 主 成 分 ： 1～ 5、 硬 度 ： 5 力 量 圖

由上列圖，可得知腫瘤在第一主成分：2、3、4、5 時，在使用 Slope 判斷上，

皆可以偵測出腫瘤硬塊，不致會有誤判的情形發生。 即使在第一主成分為 2 的 情形下，對於偵測而言，依然不會有影響。

而在改變腫瘤第二主成分時，對於使用 Slope 偵測是否有腫瘤並沒有實質上

在偵測腫瘤的策略上，由上述實驗及實驗結果可以看出使用 Threshold 偵測 時，在腫瘤體積過小時，有時會有誤判的情形發生；但若再加上 Slope 機制偵測 則可以偵測出腫瘤，所以在程式撰寫跟數據處理跟判斷上，會先使用 Threshold 來進行偵測，當達到標準時，再用 Slope 機制來檢驗，而當符合兩者時，即判斷 出有疑似腫瘤的硬塊存在。

3.2.4 Correlation 關係條件判斷

在偵測機制上，為了確保偵測的準確度及保險。因此，會再做一項 Correlation

使用 Correlation 在偵測機制上，本實驗將收集到的每個力量曲線定義為 x，

而將設計一個模擬腫瘤曲線的 window 來當作 y，將力量曲線 x 與 window y 來做 相關性的探討。理想上，當 x 與 y 在經由公式取得相關係數 r 時，其在探測到腫 瘤硬塊時，相關係數應該要趨近於 1。如下圖 3-20 所示：

圖 3-20 相 關 係 數

在模擬腫瘤曲線上，如何模擬出腫瘤曲線 window 為一重要的研究。因此本 實驗會先收集 20 顆腫瘤的力量曲線，並擷取其腫瘤曲線後取得平均。在截取上，

縱軸的大小先忽略不計，而橫軸則利用第一主成分為：2 的腫瘤來決定大小。

圖 3-21 第 一 主 成 分 為 ： 2 腫 瘤 力 量 曲 線 圖

上圖 3-21 為一第一主成分為：2 的腫瘤，觀察其腫瘤所在的位置 60mm 處，可 得知在整體腫瘤曲線約在 50mm～70mm 處，因此先將寬軸定為 20mm，然後再 擷取剩下 19 顆腫瘤的腫瘤曲線 20mm，將其平均，可得到下圖 3-22

圖 3-22 力 量 曲 線 平 均 圖 此圖力量曲線即定義為 y。

圖 3-23 第 一 主 成 分 為 ： 2 腫 瘤 Correlation 相 關 性

表 3-3 第一主成分：2 Correlation 最大值

2-1 2-2 2-3 2-4 2-5

相關性 0.982 0.9751 0.9582 0.9730 0.9564

圖的縱軸即代表相關係數 r。可以看出在橫軸 20mm 附近時有一非常趨近於 1 的現象。而為何在 20mm 處，是因為力量曲線總長為 120mm，腫瘤的中心平 均落在 60mm 處。但在做 Correlation 時，會先對資料進行預處理，因為資料前 30mm 會有不穩定的雜訊，所以會先將前 30mm 的資料忽略。因此理論上，相關 係數的曲線在最高點時應該會落在 20mm 左右附近。而實驗結果顯示與理想上相 符合。

表 3-3 為圖 3-23 中所取的最高值，其代表意義為探測的力量曲線與本研究 所設定的腫瘤曲線其相關性高低。而從表中可以看出其相關性皆很高，因此本研 究將 Correlation 的機制取其最小值 0.9564 的無條件捨去後兩位，即 0.95 來當作 判斷的標準值。

Correlation 條件：

{if r ≥ 0.95 ，判斷為腫瘤 if r < 0.95 ，無腫瘤

Correlation 實驗結果

表 3-4 腫瘤 Correlation 最大值

3.2.5 程式流程圖

腫瘤探測機制如流程圖所示，

圖 3-24 程 式 流 程 圖

在一開始，機器手臂會停留在初始位置，然後等待使用者開始探測。在探測 完之後，會先經過資料的處理，並將處理過後的資料傳至腫瘤硬塊偵測機制，若 3 項偵測機制皆符合所設立的條件，則將定義為疑似偵測到腫瘤，而若沒有，則 手臂會自動回到初始位置，並加深下壓深度，再進行一次偵測。而當深度到達設 定的標準後，若依然偵測不到腫瘤，則判斷無腫瘤，而機器手臂將自動會到原本 初始位置進行待機。