Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

حذف پس‌زمینه در تصاویر ایکس-ری آنژیوگرافی با استفاده از بازسازی نواحی مفقود تصاویر توسط یادگیری عمیق

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی پزشکی، تهران، ایران

چکیده
در تصویربرداری ایکس ری آنژیوگرافی، یکی از چالش‌های اساسی که متخصصان قلب و عروق با آن روبرو هستند، سایه‌های ناخواسته‌ای است که از اعضای ثابت و متحرک داخل قفسه سینه در دنباله‌ی قاب‌های تصویری ضبط شده ظاهر می‌شود. این سایه‌ها کیفیت تصاویر را کاهش می-دهند و تشخیص گرفتگی رگ‌ها را برای متخصصین سخت‌تر می‌کنند. برای حل این مشکل، روش‌هائی ابداع شده‌است. ولی بسیاری از آنها مجبور هستند تمامی قاب‌های یک دنباله ورودی را پردازش کنند و این زمان زیادی می‌طلبد. در عین حال خروجی بسیاری از این روش ها هنوز حاوی بخش زیادی از این سایه ها است و کیفیت رگ‌ها در تصاویر اصلاح شده هم همیشه راضی کننده نیست. در این تحقیق، ابتدا از فیلتر Frangi برای تشخیص عروق کرونری و حذف آنها از قاب تصویری حاوی ماده‌ی حاجب استفاده می‌شود. در ادامه، نواحی رگ‌ها به شکل یک تصویر ماسک، به همراه قاب تصویری حاوی ماده‌ی حاجب و همچنین نزدیک‌ترین قاب بدون ماده حاجب به آن، به ورودی مدل عمیق deepfillv2-grayscale داده می‌شود. این شبکه پیشرفته، برای بازسازی بخش ‌های حذف شده از تصاویر طراحی شده است. در این تحقیق گونه‌ای از این شبکه را که بر روی تصاویر مقیاس خاکستری عمل می‌کند بکار گرفتیم و بطور خاص بر روی تصاویر ایکس ری آنژیوگرافی تعلیم تکمیلی دادیم. در مرحله‌ی آخر تصویر پس‌زمینه‌ی بازسازی شده، از قاب تصویری حاوی ماده‌ی حاجب، کم می‌شود تا تصاویر بهتری از عروق با کاهش سایه‌ها به‌دست آید. رویکرد پیشنهادی می‌تواند به طور مؤثری زمان پردازش را نسبت به روش های سنتی بهبود بخشد. روش پیشنهادی این تحقیق، بر اساس معیارهای SSIM و Precision به ترتیب به مقادیر 0.96 و 0.97 دست می‌یابد که در مقایسه با روش‌های پیشرفته شناخته شده مانند FPCP-RPCA، OTS-RPCA، DECOLOR و OSTD برتری نشان می‌دهد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Background Subtraction in X-ray Angiography Images Using Image Inpainting via Deep Learning

نویسندگان English

Fatemeh Akhoondi
Farshad Almasganj
Biomedical Engineering Department Amirkabir University of Technology Tehran, Iran
چکیده English

In X-ray angiography imaging, one of the major challenges that cardiovascular specialists face is the unwanted shadows that appear from stationary and moving organs within the chest during a sequence of recorded images. These shadows reduce the quality of the images and make it harder for specialists to diagnose artery blockages. Several methods have been developed to address this issue; however, many of them require processing all frames of an input sequence, which is time-consuming. Moreover, the output of many of these methods still contains a significant amount of shadow, and the quality of the coronary arteries in the corrected images is not always satisfactory.

In this study, the Frangi filter is first used to detect the coronary arteries and remove them from the image frame containing the contrast agent. Next, the regions of the arteries are represented as a mask image, along with the frame containing the contrast agent and the closest frame without the contrast agent. These are provided as input to the deep learning model, DeepFillv2-Grayscale. This advanced network is designed to reconstruct the missing parts of the images. In this study, a specific version of this network, which operates on grayscale images, was trained specifically on X-ray angiography images.

In the final stage, the reconstructed background image is subtracted from the frame containing the contrast agent, resulting in improved images of the arteries with reduced shadows. The proposed approach can effectively reduce processing time compared to traditional methods. According to SSIM and Precision metrics, the proposed method achieves values of 0.96 and 0.97, respectively, showing superiority over well-known advanced methods such as FPCP-RPCA, OTS-RPCA, DECOLOR, and OSTD.

کلیدواژه‌ها English

X-ray angiography
coronary arteries
deep learning
contrast agent
Frangi filter
DeepFillv2-Grayscale
دوره 18، شماره 1
بهار 1403
صفحه 97-111

  • تاریخ دریافت 01 دی 1403
  • تاریخ بازنگری 05 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش 07 اسفند 1403