Research on Biomedical Engineering
http://www.rbejournal.periodikos.com.br/article/doi/10.4322/rbeb.2012.028
Research on Biomedical Engineering
Original Article

O uso de equações de transporte e difusão na reconstrução de imagens de tomografia computadorizada em três dimensões

The use of transport and diffusion equations in the three-dimensional reconstruction of computerized tomographic images

Pires, Sandrerley Ramos; Flôres, Edna Lúcia; Barcelos, Celia Aparecida Z.; Pires, Dulcinéia Gonçalves F.; Carrijo, Gilberto Arantes; Veiga, Antônio Cláudio Paschoarelli

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Resumo

A visualização do resultado de uma tomografia computadorizada (CT) em 3D aumenta a qualidade do diagnóstico médico e, consequentemente, a probabilidade de sucesso no tratamento. Para obter uma maior qualidade na imagem 3D, é necessário obter fatias próximas umas das outras. Motivados pela meta de obter um apropriado balanceamento entre a quantidade de fatias e a qualidade da visualização, este trabalho apresenta uma técnica de retoque digital por interpolação 3D para fatias de CT usadas na visualização de estruturas do corpo humano. O retoque digital é feito através de equações diferenciais parciais não lineares (EDP). As EDPs têm sido utilizadas no contexto de processamento de imagens para preencher regiões defeituosas de imagens em 2D. Inspirado por esta ideia, este artigo propõe um método de interpolação para preencher as regiões vazias entre as fatias de TC. Para isto, considera-se a grande semelhança entre duas fatias reais consecutivas, onde o primeiro passo do método proposto é a criação de fatias virtuais. As fatias virtuais contêm todas as regiões similares entre as duas fatias intercaladas, sendo que onde não há semelhança entre as fatias reais, as fatias virtuais conterão regiões indefinidas. No segundo passo do método proposto, as fatias virtuais criadas serão utilizadas junto com as fatias reais para a reconstrução da estrutura em três dimensões, mapeadas no exame. O método é capaz de reconstruir as curvaturas das estruturas internas do paciente sem a necessidade de utilizar fatias muito próximas uma das outras. Os experimentos realizados mostram a eficiência do método proposto.

Palavras-chave

Interpolação de imagens em 3D, Tomografia computadorizada, Equações diferenciais

Abstract

The visualization of a computerized tomographic (TC) exam in 3D increases the quality of the medical diagnosis and, consequently, the success probability in the treatment. To obtain a high quality image it is necessary to obtain slices which are close to one another. Motivated towards the goal of reaching an improved balance between quantity of slices and visualization quality, this research work presents a digital inpainting technique of 3D interpolation for CT slices used in the visualization of human body structures. The inpainting is carried out via non-linear partial differential equations (PDE). The PDE’s have been used, in the image-processing context to fill in the damaged regions in a digital 2D image. Inspired by this idea, this article proposes an interpolation method for the filling in of the empty regions between the CT slices. To do it, considering the high similarity between two consecutive real slice, the first step of the proposed method is to create the virtual slices. The virtual slices contain all similarity between the intercaleted slices and, when there aren’t similarities between real slices, the virtual slices will contain indefinite portions. In the second step of the proposed method, the created virtual slices will be used together with the real slices images, in the reconstruction of the structure in three dimensions, mapped onto the exam. The proposed method is capable of reconstructing the curvatures of the patient’s internal structures without using slices that are close to one another. The experiments carried out show the proposed method’s efficiency.

Keywords

3D image interpolation, Computerized tomography, Differential equations
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Res. Biomed. Eng.

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