Original title: Detekce a segmentace mozkového nádoru v multisekvenčním MRI
Translated title: Brain Tumor Detection and Segmentation in Multisequence MRI
Authors: Dvořák, Pavel ; Přibil, Jiří (referee) ; Šprláková-Puková,, Andrea (referee) ; Smékal, Zdeněk (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2015
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract: [eng] [cze]
Tato práce se zabývá detekcí a segmentací mozkového nádoru v multisekvenčních MR obrazech se zaměřením na gliomy vysokého a nízkého stupně malignity. Jsou zde pro tento účel navrženy tři metody. První metoda se zabývá detekcí prezence částí mozkového nádoru v axiálních a koronárních řezech. Jedná se o algoritmus založený na analýze symetrie při různých rozlišeních obrazu, který byl otestován na T1, T2, T1C a FLAIR obrazech. Druhá metoda se zabývá extrakcí oblasti celého mozkového nádoru, zahrnující oblast jádra tumoru a edému, ve FLAIR a T2 obrazech. Metoda je schopna extrahovat mozkový nádor z 2D i 3D obrazů. Je zde opět využita analýza symetrie, která je následována automatickým stanovením intenzitního prahu z nejvíce asymetrických částí. Třetí metoda je založena na predikci lokální struktury a je schopna segmentovat celou oblast nádoru, jeho jádro i jeho aktivní část. Metoda využívá faktu, že většina lékařských obrazů vykazuje vysokou podobnost intenzit sousedních pixelů a silnou korelaci mezi intenzitami v různých obrazových modalitách. Jedním ze způsobů, jak s touto korelací pracovat a používat ji, je využití lokálních obrazových polí. Podobná korelace existuje také mezi sousedními pixely v anotaci obrazu. Tento příznak byl využit v predikci lokální struktury při lokální anotaci polí. Jako klasifikační algoritmus je v této metodě použita konvoluční neuronová síť vzhledem k její známe schopnosti zacházet s korelací mezi příznaky. Všechny tři metody byly otestovány na veřejné databázi 254 multisekvenčních MR obrazech a byla dosáhnuta přesnost srovnatelná s nejmodernějšími metodami v mnohem kratším výpočetním čase (v řádu sekund při použitý CPU), což poskytuje možnost manuálních úprav při interaktivní segmetaci. This work deals with the brain tumor detection and segmentation in multisequence MR images with particular focus on high- and low-grade gliomas. Three methods are propose for this purpose. The first method deals with the presence detection of brain tumor structures in axial and coronal slices. This method is based on multi-resolution symmetry analysis and it was tested for T1, T2, T1C and FLAIR images. The second method deals with extraction of the whole brain tumor region, including tumor core and edema, in FLAIR and T2 images and is suitable to extract the whole brain tumor region from both 2D and 3D. It also uses the symmetry analysis approach which is followed by automatic determination of the intensity threshold from the most asymmetric parts. The third method is based on local structure prediction and it is able to segment the whole tumor region as well as tumor core and active tumor. This method takes the advantage of a fact that most medical images feature a high similarity in intensities of nearby pixels and a strong correlation of intensity profiles across different image modalities. One way of dealing with -- and even exploiting -- this correlation is the use of local image patches. In the same way, there is a high correlation between nearby labels in image annotation, a feature that has been used in the ``local structure prediction'' of local label patches. Convolutional neural network is chosen as a learning algorithm, as it is known to be suited for dealing with correlation between features. All three methods were evaluated on a public data set of 254 multisequence MR volumes being able to reach comparable results to state-of-the-art methods in much shorter computing time (order of seconds running on CPU) providing means, for example, to do online updates when aiming at an interactive segmentation.
Keywords: analýza obrazů; lokální struktura; lékařské zobrazování; Mozkový nádor; MRI; multisekvenční zobrazování; predikce struktury; segmentace obrazů; Brain tumor; image analysis; image segmentation; local structure; medical imaging; MRI; multisequence imaging; structure prediction

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/43081

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-233675


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses