نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1 دانشگاه تهران، دانشکده فنی، گروه مهندسی برق و کامپیوتر، قطب علمی کنترل و پردازش عوشمند مرکز تحقیقات فیزیک نظری و ریاضیات، پژوهشکده علوم شناختی
2 دانشگاه تهران، دانشکده فنی، گروه مهندسی برق و کامپیوتر، قطب علمی کنترل و پردازش عوشمند مرکز تحقیقات فیزیک نظری و ریاضیات، پژوهشکده علوم شناختی موسسه پزشکی فورد آمریکا
3 دانشگاه تهران، دانشکده پزشکی، بخش رادیولوژی
چکیده
هدف از انجام این تحقیق، معرفی روشی جدید برای جداسازی ساختارهای خاص مغز میانی مانند تالاموس و هسته قرمز از روی تصاویر تشدید مغناطیسی است. روش پیشنهادی مبتنی بر مدل کانتورهای دینامیک می باشد. این مدل حاوی یک کانتور یا یک چند ضلعی است که رئوس آن توسط اضلاع به وصل شده اند. فرآیند تغییر شکل کانتور از حرکت رئوس کانتور اولیه تحت تاثیر نیروهای داخلی و خارجی آغاز می شود. نیروهای داخلی از روی شکل هندسی کانتور و نیروهای خارجی از روی ویژگی های داده های تصویری مانند لبه های محاسبه می شوند. ساختارهای مغزی مانند تالاموس در MRI دارای تصویری با لبه های ناپیوسه و کنتراستی پایین هستند که محاسبه نیروهای خارجی را مشکل می سازند. روش پیشنهادی این مقاله مبتنی بر روش های خوشه یابی بدون سرپرستی فازی، فیلتر لبه یابی پریویت و عملگرهای شکلی معرفی شده است. به علاوه، در روش کانتور دینامیک متداول، کانتور اولیه توسط کاربر تعریف می شود که منجر به وابستگی نتایج جداسازی نهایی ساختار به کاربر می شود. در رفع این کاستی، یک روش جدید جهت ایجاد کانتور اولیه به صورت خودکار معرفی شده است. روش های پیشنهادی، پیاده سازی شده بر روی تصاویر واقعی از مغز انسان جهت جداسازی تالموس و هسته قرمز اعمال شده اند. جهت ارزیابی، نتایج جداسازی رادیولوژیست ها با روش پیشنهادی مقایسه شده است. درصد شباهت نتایج جداسازی تالاموس راست و چپ برابر 0.8 بوده که توانایی روش پیشنهادی در جداسازی ساختارهای مغزی مانند تالاموس را نشان می دهد. معیارهای ارزیابی نتایج جداسازی روی داده های با درصد نویز و شدت غیریکنواختی متفاوت جهت بررسی اثر این دو عامل روی روش پیشنهادی مورد مطالعه قرار گرفت. تغییر ناچیز نتایج معیارها، نشانگر پایداری روش نسبت به نویز و شدت غیریکنواختی است.
کلیدواژهها
- کانتورهای دینامیک
- خوشه یابی
- بخش بندی
- پردازش تصویر
- تالاموس
- هسته قرمز
- تصویربرداری با تشدید مغناطیسی (MRI)
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Segmentation Of Mid-Brain Structures Based On Active Contours
نویسندگان [English]
- Ladan Amini 1
- Hamid Soltanian Zadeh 2
- Caro Lucas 1
- Masoume Giti 3
1 Electrical and Computer Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Tehran School of Intelligent Systems, Institute for Studies in Theoretical Physics and Mathematics
2 Electrical and Computer Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Tehran School of Intelligent Systems, Institute for Studies in Theoretical Physics and Mathematics Radiology Research Image Analysis Laboratory, Henry Ford Health System - Detroit, USA
3 Radiology Department, Faculty of Medicine, University of Tehran
چکیده [English]
Based on a discrete dynamic contour model, a method for segmentation of brain structures like thalamus and red nucleus from magnetic resonance images (MRI) is developed. A new method for solving common problems in extracting the discontinuous boundary of a structure from a low contrast image is presented. External and internal forces deform the dynamic contour model. Internal forces are obtained from local geometry of the contour, which consist of vertices and edges, connecting adjacent vertices. The image data and desired image features such as image energy are utilized to obtain external forces. The problem of low contrast image data and unclear edges in the image energy is overcome by the proposed algorithm that uses several methods like thresholding, unsupervised clustering methods such as fuzzy C-means (FCM), edge-finding filters like Prewitt, and morphological operations. We also present a method for generating an initial contour for the model from the image data automatically. Evaluation and validation of the methods are conducted by comparing radiologist and automatic segmentation results. The average of the similarity between segmentation results is 0.8 for the left and right thalami indicating excellent performance of the new method. Additional noise and intensity inhomogeneity changed the evaluation results slightly illustrating the robustness of the proposed method to the image noise and intensity inhomogeneity.
کلیدواژهها [English]
- Dynamic contours
- Clustering
- Segmentation
- image processing
- Thalamus
- Red nucleus
- Magnetic Resonance Imaging (MRI)