izpis_h1_title_alt

Segmentacija ledvenih vretenc v računalniško tomografskih slikah hrbtenice z uporabo globokih implicitnih statističnih modelov oblike
ID Ocepek, Domen (Avtor), ID Vrtovec, Tomaž (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu, ID Podobnik, Gašper (Komentor)

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (2,81 MB)
MD5: 83BB92AD520EC809799997A8712AC5AA

Izvleček
Slikanje hrbtenice je neprecenljivo orodje za vizualizacijo in oceno bolezenskih stanj hrbtenice. Ključna osnova za kvantitativno analizo medicinskih slik, ki je pomembna za klinično diagnozo in načrtovanje operacij hrbtenice, je razgradnja oziroma segmentacija vretenc na slikah računalniške tomografije (CT). Čeprav pri razgradnji medicinskih slik na splošno prevladujejo konvolucijske ali na transformerjih osnovane nevronske mreže, pri čemer je pogosto uporabljena arhitektura U-Net, lahko alternativne metodologije ponudijo potencialne prednosti. Med obetavne pristope spadajo globoki implicitni statistični modeli oblik (DISSM). Prednosti tega pristopa so ustvarjanje visokokakovostnih površin brez artefaktov diskretizacije, zagotavljanje anatomsko smiselnih oblik in upoštevanje biološke variabilnosti oblike. Metoda DISSM je sestavljena iz dveh ključnih delov: dekoderja oblike in enkoderja za napoved položaja. Dekoder oblike se na impliciten način uči statističen model oblike, ki v obravnavanem primeru opisuje anatomsko smiselne oblike ledvenih vretenc, medtem ko enkoder za napovedovanje položaja omogoča natančno določanje položaja vretenc v tridimenzionalnem (3D) prostoru CT-slike z uporabo linearne preslikave, ki zajema translacijo, izotropno skaliranje in rotacijo, ter nelinearne preslikave, ki omogoča fino prilagajanje oblike z uporabo analize glavnih komponent (PCA). V zaključni nalogi raziskujem uporabo in nadgradnjo metode DISSM za razgradnjo ledvenih vretenc na dveh podatkovnih zbirkah: VerSe2020 in Colonog-CTSpine1K, ki skupaj vsebujeta 920 3D-CT-slik in pripadajočih razgradenj vretenc. Ta pristop ponuja novo orodje za izboljšanje natančnosti in robustnosti razgradnje vretenc, zlasti v zahtevnih primerih, na primer ko zaradi slabe kvalitete CT-slik klasične metode razgradnje odpovejo. Tehnike predobdelave in učenja temeljijo na odprtokodnem programskem paketu AshStuff/dissm z dopolnitvami in izboljšavami. Za vrednotenje rezultatov sem uporabili tri uveljavljene metrike na področju semantičnih razgradenj: Diceov koeficient podobnosti (DSC), 95. percentil Hausdorffove razdalje (HD95) in povprečno simetrično površinsko razdaljo (ASSD). Metoda doseže sledeče rezultate: DSC 87,4 ± 2,6 %, HD95 2,73 ± 0,94 mm in ASSD 0,82 ± 0,20 mm.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:globoko učenje, globoki implicitni statistični modeli oblik (DISSM), razgradnja vretenc, analiza glavnih komponent (PCA), računalniška tomografija (CT)
Vrsta gradiva:Magistrsko delo/naloga
Organizacija:FE - Fakulteta za elektrotehniko
Leto izida:2024
PID:20.500.12556/RUL-158309 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:199629059 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:04.06.2024
Število ogledov:592
Število prenosov:165
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Segmentation of lumbar vertebrae from computed tomography spine images by applying deep implicit statistical shape models
Izvleček:
Spinal imaging is an invaluable tool for visualizing and assessing spinal pathologies. Segmentation of vertebrae in computed tomography (CT) images is a fundamental basis for the quantitative analysis of medical images, crucial for clinical diagnosis and spinal surgery planning. Although convolutional or transformer-based neural networks generally dominate the segmentation of medical images, where the U-Net architecture is frequently employed, alternative methodologies could offer potential advantages. Among promising approaches are deep implicit statistical shape models (DISSMs), which are notable for creating high-quality surfaces without discretization artefacts, ensuring anatomically plausible shapes, and accounting for the biological variability of shapes. These advantages enable the DISSM method to effectively tackle the challenges presented by medical images, such as three-dimensional (3D) CT images of the spine. The DISSM method comprises two key parts: a shape decoder and a pose estimation encoder. The shape decoder learns an implicit model of shape, which in our case describes anatomically plausible shapes of lumbar vertebrae, while the position estimation encoder allows for precise determination of vertebrae positions in the 3D space of CT images using transformations such as translation, rotation, and isotropic scaling. Additionally, it learns the weights for principal components (PCA) that capture the essential shape features of the vertebrae. In this thesis, I explore the use and enhancement of the DISSM method for the segmentation of lumbar vertebrae on two data collections: VerSe2020 and Colonog-CTSpine1K, which together contain 920 3D CT images and corresponding segmentations of vertebrae. This approach offers a new potential tool for improving the accuracy and applicability of vertebra segmentation, especially in cases where traditional segmentation methods are limited due to the complexity of clinical samples. The preprocessing and learning techniques are based on the open-source software package AshStuff/dissm with custom modifications. For evaluating the results, we employed three established metrics in the field of semantic segmentations: the Dice similarity coefficient (DSC), 95th percentile of Hausdorff distance (HD95), and average symmetric surface distance (ASSD). The results are promising with DSC of 87.4 ± 2.6%, HD95 of 2.73 ± 0.95 mm and ASSD of 0.82 ± 0.20 mm.

Ključne besede:deep learning, deep implicit statistical shape model (DISSM), vertebra segmentation, principal component analysis (PCA), computed tomography (CT)

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj