Analýza a modelování zájmových struktur z echokardiografie

Kristýna Molnárová

Master's thesis

Analysis and Modeling of Objects of Interest from Echocardiography

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá implementací algoritmu aktivních kontur na bázi statistického rozložení pixelů pro segmentaci srdečních struktur z dynamického vyšetření Echokardiografie. Implementací navrženého algoritmu a separací srdečních struktur je možno měřit parametry v srdečních síních a komorách. Aplikačním výstupem je přehledné graficko-uživatelské rozhraní obsahující všechny tyto funkcionality vytvořené v prostředí MATLAB, tak jako celý navržený kód. Výběr metody byl založen na vypracovaných publikací z rešerše v první kapitole práce a zhodnocením poznatků z těchto vědeckých prací v ní obsažených. Teoretická část je základ problematiky echokardiografického vyšetření, ultrazvukových snímků, ultrazvuku a v neposlední řadě se opírá o klinickou problematiku a patologie zjištěné při tomto vyšetření se stanovením fyziologických parametrů srdečních struktur (srdeční komory, síně). Praktická část práce popisuje kroky v procesu celé segmentace, a to předzpracování obrazu, samotnou segmentaci a měření parametrů v separované části modelu, a to délku, šířku, těžiště a rozměr právě v separované srdeční síni nebo komoře. Konečným výsledkem této části se stává uživatelské rozhraní zahrnuje všechny tyto kroky v interaktivním a uživatelsky přijatelném provedení. Další část práce se zabývá testováním robustnosti navrženého algoritmu na snímcích uměle zatížených šumy (Speckle, Gauss a Salt & Pepper). Po zatížení všech datových sad snímků byla taktéž provedena jejich segmentace se stejným nastavením algoritmu jako u nativního obrazu, a poté se zjišťovala podobnost segmentovaných částí uměle zatížených šumem vzhledem k segmentovaným částem v nativních snímcích pomocí strukturální podobnosti, střední kvadratické odchylky, korelace a koeficientu DICE. Konečná část práce se tak zabývá zhodnocením těchto testovacích procedur a vyhodnocením robustnosti a úspěšnosti segmentační procedury použité v této práci při větším zatížením ultrazvukových snímků.

Abstract:

That diploma thesis is interested in implementation algorithm of Active Contours based on statistical parameters of pixels for segmentation of heart structures in Echocardiography. After implementation of created algorithm and separation of heart's structures is possible to meassure parametrs in ventricles and atriums of heart. The application output is grafical user interface contains all of these functionalities created in MATLAB as the all implemented codes. Chosen method was established on science publications from research in the first capture of thesis and evaluation of knowledge from these publications. Part of theory is the basis of Echokardiography, ultrasound images, ultrasound and last but not least was based on clinic problems and patology which you find out in this examination with determination of physiological parametrs of heart structures (heart ventricules, atriums). The practical part of thesis desribe steps of all segmentation process and that is preprocessing image, segmentation and meassuring parameters in separated model and that is lenght, width, center of gravity and volume of indicated by extracting from heart ventriculum or atrium. The final result is become the graphical user interface which include all of steps in interactive view for users. The next part of the thesis is dealt with testing in effectivity of implemented algorithm on images which was loaded by noise ( speckle, Gaussian and Salt and Pepper noise). All of data was segmentated by the same algorithm with the same set of parametrs like in native data and then was found out the similarity between segmentated models from noisy data and segmentated models from native data by structural similarity, mean squared error, correlation and by the DICE coefficient. The end of this thesis was evaluated regarding to results of these tested procedures and thereby of implemented algorith based on Active Contours.

Keywords

Echokardiografie, aktivní kontury, segmentace obrazu, zpracování obrazu, filtrace, ultrazvuk, kardiologie, šum Salt and Pepper, Gaussův šum, šum speckle, korelace, strukturální podobnost, střední kvadratická chyba, Dice koeficient, GUI

Keywords

Echocardiography, active contours, segmentation of images, image processing, filtration, ultrasound, cardiology, Salt and Pepper noise, Gaussian noise, speckle noise, correlation, sructural similarity, mean squared error, DICE coefficient, GUI

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2019
• Supervisor: Jan Kubíček
• Reader: Martin Nedopil

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Master programme / field:
Elektrotechnika / Biomedicínské inženýrství