Estudo de técnicas de segmentação de imagens baseadas em contorno ativo aplicadas em tomografia computadorizada de pulmão

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Alberto, Luiza Aoki
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/36278
Resumo: In the global rank of leading causes of death are several lung diseases, such as chronic obstructive pulmonary disease; lower respiratory tract infections; and cancer of the trachea, bronchi, and lung. COVID-19 can also be included in this ranking. Thus, early diagnosis is essential to reduce the mortality of these diseases. The segmentation of lung lesions is a way to support the diagnosis that allows the radiologist to better visualize the region of interest and evaluate the progression of the disease. Thus, the present work evaluates two segmentation algorithms based on active contour, performing pre-processing and segmentation techniques for extraction of the lungs and lung lesions from CT images, along with the development of a MATLAB interface for processing selection. The database used for the tests is composed of the selection of lung tomographic slices of exams present in the repository of the Hospital São Lucas of the Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul (HSL-PUCRS) containing tomographic images of lungs with different pathologies. The processing was divided into several pre-processing and segmentation approaches, visually evaluating the detection and segmentation of lung lesions with or without noise smoothing by filters; with or without contrast stretching; and using the active contour segmentation techniques by the MATLAB integrated function, activecontour() (MATLAB ACM), which performs the active contour technique by level-set sparse field, and with the use of the online region ORACM technique, developed by Talu (2013). Overall, the Online Region Active Contour Model technique performed more effectively than the built-in MATLAB function activecontour(), detecting more lesions, achieving fewer extraction errors, and delineating the lesions' shape. Nevertheless, this method could not detect all the lesions present in the image. Furthermore, after comparing different preprocessing, it was observed that the two methods were able to detect the lesions more easily without applying smoothing filters and performing contrast stretching. The area of lesions detected by the two methods was similar in most slices tested, however, there were slices that presented detection errors. Therefore, it is necessary to expand the analysis by evaluating another strategy for extracting the lung area; other analysis and segmentation metrics; as well as other pre-processing techniques. Regarding the interface, it allowed easy interaction with the segmentation and comparison algorithms, also making the code shareable. However, it needs to undergo further optimizations.
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Thus, the present work evaluates two segmentation algorithms based on active contour, performing pre-processing and segmentation techniques for extraction of the lungs and lung lesions from CT images, along with the development of a MATLAB interface for processing selection. The database used for the tests is composed of the selection of lung tomographic slices of exams present in the repository of the Hospital São Lucas of the Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul (HSL-PUCRS) containing tomographic images of lungs with different pathologies. The processing was divided into several pre-processing and segmentation approaches, visually evaluating the detection and segmentation of lung lesions with or without noise smoothing by filters; with or without contrast stretching; and using the active contour segmentation techniques by the MATLAB integrated function, activecontour() (MATLAB ACM), which performs the active contour technique by level-set sparse field, and with the use of the online region ORACM technique, developed by Talu (2013). Overall, the Online Region Active Contour Model technique performed more effectively than the built-in MATLAB function activecontour(), detecting more lesions, achieving fewer extraction errors, and delineating the lesions' shape. Nevertheless, this method could not detect all the lesions present in the image. Furthermore, after comparing different preprocessing, it was observed that the two methods were able to detect the lesions more easily without applying smoothing filters and performing contrast stretching. The area of lesions detected by the two methods was similar in most slices tested, however, there were slices that presented detection errors. Therefore, it is necessary to expand the analysis by evaluating another strategy for extracting the lung area; other analysis and segmentation metrics; as well as other pre-processing techniques. Regarding the interface, it allowed easy interaction with the segmentation and comparison algorithms, also making the code shareable. However, it needs to undergo further optimizations.Pesquisa sem auxílio de agências de fomentoTrabalho de Conclusão de Curso (Graduação)No ranking global de principais causas de morte, estão diversas doenças pulmonares, como doença pulmonar obstrutiva crônica; infecções do trato respiratório inferior; e câncer de traqueia, brônquios e pulmão. Ainda, pode-se incluir nesse ranking a COVID-19. Assim, o diagnóstico precoce é fundamental para reduzir a mortalidade dessas doenças. A segmentação das lesões pulmonares é uma forma de auxiliar o diagnóstico que permite a melhor visualização da região de interesse pelo radiologista e a avaliação da progressão da doença. Dessa forma, o presente trabalho avalia dois algoritmos de segmentação baseados em contorno ativo, realizando técnicas de pré-processamento e de segmentação para extração dos pulmões e das lesões pulmonares de imagens tomográficas, juntamente com o desenvolvimento de uma interface MATLAB para seleção dos processamentos. A base de dados utilizada para os testes é composta pela seleção das fatias tomográficas de pulmão de exames presentes no repositório do Hospital São Lucas da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (HSL-PUCRS) contendo imagens tomográficas de pulmão com diferentes patologias. O processamento foi dividido em diversas abordagens de pré-processamento e de segmentação, avaliando-se visualmente a detecção e segmentação das lesões pulmonares com ou sem a suavização de ruídos por meio de filtros; com ou sem o alargamento de contraste; e utilizando-se as técnicas de segmentação de contornos ativos pela função integrada ao MATLAB, activecontour() (MATLAB ACM), que realiza a técnica de contornos ativos por level-set sparse field, e com o uso da técnica online region ORACM, desenvolvida por Talu (2013). De maneira geral, a técnica Online Region Active Contour Model apresentou um melhor funcionamento do que a função incorporada ao MATLAB activecontour(), conseguindo detectar mais lesões e obter menos erros de extração. Apesar disso, esse método não conseguiu detectar todas as lesões presentes na imagem. Além disso, após a comparação de diferentes pré-processamentos, observou-se que os dois métodos possuíram mais facilidade para detectar as lesões sem a aplicação de filtros de suavização e com a realização do alargamento de contraste. Com relação à área de lesões detectadas pelos dois métodos, esta foi similar na maioria das fatias testadas, contudo, houve fatias que apresentaram erros de detecção. Portanto, é necessário expandir a análise, avaliando outra estratégia para extração da área pulmonar; outras métricas de análise e de segmentação; assim como, outras técnicas de pré-processamento. Com relação à interface, ela permitiu facilitar a interação com os algoritmos de segmentação e comparação, além de tornar o código compartilhável. Contudo, ela precisa passar por otimizações.Universidade Federal de UberlândiaBrasilEngenharia BiomédicaPatrocinio, Ana Claudiahttp://lattes.cnpq.br/7277318969645668Simbara, Márcia Mayumi Omihttp://lattes.cnpq.br/9866222394895142Carneiro, Pedro Cunhahttp://lattes.cnpq.br/6699870054095600Alberto, Luiza Aoki2022-10-14T14:01:33Z2022-10-14T14:01:33Z2022-08-19info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfALBERTO, Luiza Aoki. Estudo de técnicas de segmentação de imagens baseadas em contorno ativo aplicadas em tomografia computadorizada de pulmão. 2022. 125 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Biomédica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/36278porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2023-12-20T17:39:26Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/36278Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2023-12-20T17:39:26Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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