Desarrollo de estrategias integradas de segmentación para detección de estructuras de interés en imágenes de ultrasonido

Año

2013 – en desarrollo

Descripción

El procesamiento digital de imágenes se ha convertido en una disciplina transversal en diversas aplicaciones. Su necesidad ha sido motivada por la creciente investigación y desarrollo de sistemas dirigidos por imágenes, ya sea en el modo de captura o en su procesamiento. Naturalmente, la asistencia al diagnóstico médico es una rama de gran importancia dentro de estos sistemas y, por esa razón, se encuentra actualmente en auge, sobre todo en lo que respecta al análisis de imágenes tridimensionales (3D). En particular, el ultrasonido es una técnica diagnóstica muy utilizada, debido a sus numerosas ventajas, tanto para la exploración y diagnóstico de diferentes estructuras anatómicas como para la investigación médica. Aunque la segmentación de objetos anatómicos en imágenes con alta relación de señal–ruido puede realizarse mediante técnicas basadas en operadores de bordes, los problemas aumentan cuando se trata de imágenes con objetos no claramente definidos o con ruido. En imágenes de ultrasonido, el ruido es una de las principales fuentes de degradación en la resolución y en la posibilidad de detección de los objetos que componen la imagen, enmascarando el contenido de información clínica. Por lo tanto, se trabaja en la incorporación de filtros apropiados que sean capaces de suavizar el ruido, retener la información de los bordes y preservar los detalles de las estructuras de interés. Por otra parte, se aborda el desarrollo de esquemas híbridos de segmentación que aprovechen las ventajas que ofrecen los algoritmos (por ejemplo, aplicación de modelos probabilísticos o basados en regiones y diferentes modelos deformables), y que además permitan integrar criterios novedosos para guiar la evolución del proceso. Se estudia además la inclusión de indicadores texturales que permitan la discriminación de objetos, tomando en cuenta diferentes características de interés. A partir de los volúmenes segmentados, se consideran diferentes estrategias para la extracción, refinamiento y visualización de las mallas de superficie asociadas. Este trabajo se asocial al proyecto PICT-2010 “Procesamiento y segmentación de imágenes digitales tridimensionales para el desarrollo de aplicaciones médicas e industriales”, que se lleva a cabo en el Instituto PLADEMA.

Objetivos

• desarrollar algoritmos de segmentación basados en regiones, enfocándose en los aspectos problemáticos de las imágenes de ultrasonido, analizando en particular la incorporación de información sobre descriptores texturales . • estudiar e implementar estrategias de segmentación que posibiliten la integración de los algoritmos anteriores con otros enfoques, especialmente modelos deformables y modelos probabilísticos , considerando información sobre los objetos a detectar en base a intensidades, texturas, formas, etc. • generar modelos de superficie asociados a las estructuras 3D detectadas y visualizarlas mediante facilidades convenientes para su análisis • aplicar los algoritmos desarrollados sobre estructuras anatómicas de interés en imágenes de ultrasonido, evaluando los resultados obtenidos, en cuanto a la sensibilidad al ruido y demás características de las imágenes

Tecnologías utilizadas

El desarrollo, testeo y puesta a punto de los algoritmos realizados hasta el momento se han producido completamente en MATLAB. Para incrementar la performance de los algoritmos se evalúa la posibilidad de eventualmente utilizar placas gráficas (GPUs). Se prevé la implementación final de una herramienta utilizando el lenguaje C++, utilizando las librerías provistas por el framework ITK, de modo de proveer una interfaz gráfica amena para el usuario final.

Resultados

Los desarrollos preliminares en materia de recuperación de sectores faltantes en imágenes de ultrasonido han sido difundidos en algunos congresos nacionales, a través de las siguientes publicaciones:

Año 2012

  • Manterola, Hugo Luis. del Fresno, Mariana. Inpainting digital aplicado a la reconstrucción de imágenes de ultrasonido. Proceedings de ENIEF 2013, sesión: Modelización Computacional En Bioingeniería Y Sistemas Biomédicos. Universidad Tecnológica Nacional (UTN), Mendoza, Pcia. de Mendoza.
  • Maggiori, Emmanuel.; del Fresno, Mariana., Manterola. Hugo Luis. Un enfoque eficiente para la restauración de imágenes mediante votación de tensores. Proceedings de ENIEF 2013, sesión estudiantil. Universidad Tecnológica Nacional (UTN), Mendoza, Pcia.