25441

بازنمايي تصاوير اكوكارديوگرافي مبتني بر بهبود كيفيت و نرخ فريم

دكتري

مهندسي برق - بيوالكتريك

93

1400/06/30

دكتر حميد بهنام

دكتر مريم شجاعي فرد

برق

تصاوير اولتراسوند به دليل كم¬خطر بودن و سهولت استفاده در كاربردهاي كلينيكي جايگاه ويژه¬اي يافته¬اند. از جمله پركاربردترين انواع تصويربرداري به كمك امواج اولتراسوند مي¬توان به تصويربرداري اكوكارديوگرافي اشاره كرد. به منظور استفاده هرچه بهتر از تصاوير اكوكارديوگرافي، چالش¬هايي وجود دارد كه نيازمند بهبود هستند. از جمله اين چالش¬ها مي-توان به بهبود كيفيت تصوير، افزايش نرخ فريم، دنبال كردن الگوي سطوح روشنايي در طول زمان و بخش¬بندي تصوير اشاره كرد. در اين تحقيق راه¬كارهايي در جهت بهبود بهره¬برداري از تصاوير اكوكارديوگرافي دو و سه بُعدي ارائه شده است. به منظور افزايش نرخ فريم در تصاوير اكوكارديوگرافي از روش درون-يابي زماني B-spline بر روي سيگنال¬هاي منحني زماني تغييرات شدت روشنايي (IVTC) بهره گرفته شده است كه پس از درون¬يابي و افزايش تعداد نمونه¬ها، نرخ فريم در تصاوير اكوكارديوگرافي افزايش يافته است كه در مقايسه با روش درون¬يابي زماني تصاوير اكوكارديوگرافي به كمك نمايش تُنك عملكرد قابل قبولي داشته است ضمن اينكه زمان پردازش به شكل چشمگيري كاهش يافته است. همچنين براي بهبود كيفيت در تصاوير اكوكارديوگرافي دو بُعدي پيشنهاد شده تا از تجزيه تصوير به كارتون و بافت استفاده شود كه با فرمولاسيون كدينگ تُنك كانولوشنال (CSC) اين مساله حل شده است. براي بهبود كيفيت در تصوير اكوكارديوگرافي پيشنهاد شده تا از ضرب پيكسلي تصوير اصلي در تصوير كارتون حاصل از تجزيه تصوير اصلي استفاده شود. نشان داده شده است كه اين مساله موجب بهبود كيفيت تصوير و افزايش دقت بخش¬بندي در ناحيه بطن چپ مي¬شود. نتايج كمي حاصل از ارزيابي دقت عملكرد روش¬هاي پيشنهادي نشان مي¬دهد كه اين روش¬ها جهت بهبود تصاوير اكوكارديوگرافي قابل ارائه هستند. در درون¬يابي فريم¬هاي اكوكارديوگرافي دو بُعدي خطاي ميانگين مربعات به ميزان 4.4 درصد بهبود نسبت به روش نمايش تُنك را نشان مي¬دهد، حال آنكه سرعت متوسط پردازش تصاوير بيش از 13 برابر كاهش يافته است. در روش پيشنهادي براي بهبود بخش¬بندي تصوير، فاصله هاسدورف بين مرز تعيين شده پزشك و ناحيه بخش¬بندي شده به طور متوسط 16 پيكسل و معيار دايس به ميزان متوسط 0.08 افزايش يافته است.

1400/08/07

Representation of echocardiography images based on quality and frame rate enhancement

9/21/2022 12:00:00 AM

A common method to investigate Cardiac and Vessels functionality is echocardiography imaging. This imaging modality has been a growing clinical test compared to Magnetic Resonance Imaging (MRI) since ultrasound waves are not harmful to the body, are non-ionizing, low-cost, and portable, making them the first choice for most clinicians. To take the most advantage of this modality, there are shortcomings to overcome. The major challenges are low image quality compared to MRI and low frame rate due to constant sound speed in living tissues. These make interpretations difficult and further enhancements seem to be necessary. In the present work, methods have been proposed to overcome the limitations for better utilization of ultrasound images. These methods help to perform speckle reduction, frame rate enhancement, better speckle tracking, and tissue segmentation more precisely. To this end, temporal super-resolution of 2D/3D echocardiography frames has been performed by interpolating Intensity Variation Time Curves (IVTCs) with the use of B-spline functions as a continuous representation of discrete pixel samples through time. It has been further shown that the proposed frame rate enhancement can help better track speckle patterns in 3D echocardiography images through time by making speckle structures moving more slowly, which makes common speckle tracking algorithms act more precisely in addition to running faster by making searching span more limited. As an enhancement to image quality, a separation method has been proposed to decompose an image into a texture and a cartoon image. These subcomponents are shown to be useful to reduce speckle inside the ventricle and exaggerate endocardial walls so that image quality criteria have been grown and endocardial segmentation has been performed more precisely. To decompose the image into subcomponents, an optimization function has to be solved, minimizing cartoon image variation norm, reconstruction error, and the number of representation coefficients of the texture image. To optimize the function, a distributed optimization algorithm has been utilized called the Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM) which makes it possible to perform large optimization computations performed on different processing systems. To show the effectiveness of these methods, numerical evaluations along with qualitative results have been provided. Numerical parameters evaluate image quality, structure preservation, error with the original frame, and segmentation accuracy for both segmentation and tracking tasks. Therefore, it has been shown that the proposed methods are effective in improving the performance of ultrasound imaging in terms of quality improvement and so on.

تصاوير اولتراسوند , بهبود تصوير , نرخ فريم , دنبال كردن اسپكل , كدينگ تنك كانولوشنال

Ultrasound images , Image enhancement , Frame rate , Speckle Tracking , Convolutional sparse coding