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 (beneficios del sistema)

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. de Mendoza.

Imágenes

if-001

Áreas de investigación involucradas

  • Informática médica
  • Visión computacional

Personas de contacto

  • Mariana del Fresno (mdelfres@gmail.com)
  • Luis Manterola (manterolaluis@gmail.com)