Research on Biomedical Engineering
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Research on Biomedical Engineering
Original Article

Algoritmo híbrido para segmentação do ventrículo esquerdo em imagens de ecocardiografia bidi mensional

Hybrid algorithm for segmentation of the left ventricle in two-dimensional echocardiography

Andrade, Marcelino Monteiro de; Espinoza, Bruno Luiggi Macchiavello; Nascimento, Francisco Assis de Oliveira; Rocha, Adson Ferreira da; Vasconcelos, Daniel França; Jesus, Paulo César de; Carvalho, Hervaldo Sampaio

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Resumo

Este trabalho apresenta uma técnica para segmentação automática da cavidade ventricular esquerda em ecocardio gramas bidimensionais. O algoritmo realiza a identificação e a extração das bordas do ventrículo esquerdo, que permite a obtenção de parâmetros clínicos utilizados no diagnóstico de diversas patologias cardíacas. O processo de extração de bordas é constituído de três etapas: o pré-processamento, a segmentação e a detecção do contorno. Na etapa de pré processamento é realizada, primeiramente, a aplicação de um algoritmo de minimização do ruído mediante técnica que utiliza transformada de wavelets, seguida da aplicação de uma técnica de elevação do contraste, que prepara a imagem para a próxima etapa. Na etapa de segmentação é utilizada a técnica de watersheds. Na última etapa, procedimentos de morfologia matemática são utilizados para detecção e extração do contorno. A avaliação do desempenho da técnica apresen tada foi realizada por meio da comparação dos resultados obtidos pela segmentação automática do ventrículo esquerdo com os resultados obtidos com segmentação manual, feita por um especialista. Os resultados obtidos foram também comparados com os resultados de outras técnicas descritas na literatura. Para os testes do algoritmo foram utilizadas 60 imagens de ecocardiogramas bidimensionais de pacientes atendidos no serviço de ecocardiografia do Hospital Univer sitário de Brasília. Os resultados experimentais mostraram um bom desempenho do método, mesmo em imagens de baixa qualidade, sendo esses resultados superiores aos de outros métodos apresentados na literatura.

Palavras-chave

Imagens ecocardiográficas, Segmentação, Wavelets, Watershed.

Abstract

This paper presents a technique for automatic segmentation of the left ventricle of the heart in two-dimensional echocardiograms. The al gorithm performs the identification and the extraction of the borders of the left ventricle, and these results allow the estimation of clinical parameters that are used in the diagnostic of some cardiac patholo gies. The process of border extraction has three stages: pre-processing, segmentation and contour extraction. In the pre-processing stage, an algorithm for noise minimization based on wavelets is used, followed by a technique for increasing contrast, which prepares the image for the next stage. The segmentation stage employs a technique based on watershedding. In the last stage, signal-processing techniques are used for detection and extraction of contours. The performance evaluation of the proposed technique was carried out by comparing the results obtained by automatic segmentation of the left ventricle with those obtained with manual segmentation, performed by a specialist. The results obtained were also compared with results from other techniques described in the literature. Sixty echocardiographic images of patients of the University Hospital of Brasilia were used for testing the algorithm. The tests showed that the algorithm has a good performance (even for low-quality images), superior to the performance of other methods reported in the literature.

Keywords

Echocardiographic images, Segmentation, Wavelets, Watershed.
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