Uma associação de técnicas para segmentação automática da fronteira da média-adventícia em IVUS
An approach to automatically segment the media-adventitia borders in IVUS
Moraes, Matheus Cardoso; Furuie, Sérgio Shiguemi
http://dx.doi.org/10.4322/rbeb.2012.089
Rev. Bras. Eng. Bioméd., vol.26, n3, p.219-233, 2010
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Resumo
Por ser capaz de mostrar aspectos morfológicos e patológicos de ateros
cleroses, o Ultrassom Intravascular (IVUS) se tornou uma das modali
dades de imagens médicas mais confiáveis e empregadas em interven
ções cardíacas. As características de sua imagem aumentam as chances
de um bom diagnóstico, resultando em terapias mais precisas. O estudo
de segmentação da fronteira médiaadventícia, dentre muitas aplicações,
é importante para o aprendizado das propriedades mecânicas e determi
nação de algumas medidas específicas (raio, diâmetro, etc.) em vasos e
placas. Neste trabalho, uma associação de técnicas de processamento
de imagens está sendo proposta para atingir alta acurácia na segmen
tação da borda médiaadventícia. Para tanto, foi feita uma combinação
das seguintes técnicas: Redução do Speckle por Difusão Anisotrópica
(SRAD), Wavelet, Otsu e Morfologia Matemática. Primeiramente, é
usado SRAD para atenuar os ruídos speckle. Posteriormente, é executa
da Transformada Wavelet para extração das características dos vasos e
placas. Uma versão binarizada dessas características é criada na qual
o limiar ótimo é definido por Otsu. Finalmente, é usada Morfologia
Matemática para obtenção do formato da adventícia. O método proposto
é avaliado ao segmentar 100 imagens de alta complexidade, obtendo uma
média de Verdadeiro Positivo (TP(%)) = 92,83 ± 4,91, Falso Positivo
(FP(%)) = 3,43 ± 3,47, Falso Negativo (FN(%)) = 7,17 ± 4,91, Máximo
Falso Positivo (Max
FP
(mm)) = 0,27 ± 0,22, Máximo Falso Negativo
(Max
FN
(mm)) = 0,31 ± 0,2. A eficácia do nosso método é demonstrada,
comparando este resultado com outro trabalho recente na literatur
Palavras-chave
Ultrassom intravascular (IVUS), Segmentação da
adventícia, Redução do Speckle por Difusão Anisotrópica (SRAD),
Quadros de Pacotes Wavelets Discretos (DWPF), Otsu, Morfologia
matemática
Abstract
By being able to show morphological and pathological aspects
of atherosclerosis, the Intravascular Ultrasound (IVUS) became one of the most reliable and employed medical imaging
modality in cardiac interventions. Its image characteristics increase the chances of a good diagnostic, resulting in a precise
therapy. The study of media-adventitia borders segmentation
in IVUS, among many applications, is important for learning
about the mechanical properties and determining some specific measurements (radius, diameter, etc.) in vases and plaques.
An approach is proposed to achieve high accuracy in mediaadventitia borders segmentation, by making a combination
of different image processing operations: Speckle Reducing
Anisotropic Diffusion (SRAD), Wavelet, Otsu and Mathematical
Morphology. Firstly, SRAD is applied to attenuate the speckle
noise. Next, the vessel and plaque features are extracted by
performing Wavelet Transform. Optimal thresholding is carried out by Otsu method to create a binarized version of these
features. Then, Mathematical Morphology operations are
used to obtain an adventitia shape. The proposed approach is
evaluated by segmenting 100 challenging images, obtaining an
average of True Positive (TP(%)) = 92.83 ± 4.91, False Positive
(FP(%)) = 3.43 ± 3.47, False Negative (FN(%)) = 7.17 ± 4.91, Max
False Positive (Max
FP
(mm)) = 0.27 ± 0.22, Max False Negative
(Max
FN
(mm)) = 0.31 ± 0.2. The effectiveness of our approach is
demonstrated by comparing this result with another recent work
in the literature.
Keywords
Intravascular ultrasound (IVUS), Adventitia segmentation, Speckle Reducing Anisotropic Diffusion (SRAD),
Discrete Wavelet Packet Frame (DWPF), Otsu, Mathematical
morphology