ANALIZA CECH SEGMENTACJI GÓRNYCH DRÓG ODDECHOWYCH W CELU OKREŚLENIA PRZEWODNICTWA NOSOWEGO

The paper examines the features of segmentation of the upper respiratory tract to determine nasal air conduction. 2D and 3D illustrations of the segmentation process and the obtained results are given. When forming an analytical model of the aerodynamics of the nasal cavity, the main indicator that characterizes the configuration of the nasal canal is the equivalent diameter, which is determined at each intersection of the nasal cavity. It is calculated based on the area and perimeter of the corresponding section of the nasal canal. When segmenting the nasal cavity, it is first necessary to eliminate air structures that do not affect the aerodynamics of the upper respiratory tract - these are, first of all, intact spaces of the paranasal sinuses, in which diffuse air exchange prevails. In the automatic mode, this is possible by performing the elimination of unconnected isolated areas and finding the difference coefficients of the areas connected by confluences with the nasal canal in the next step. High coefficients of difference of sections between intersections will indicate the presence of separated areas and contribute to their elimination. The complex configuration and high individual variability of the structures of the nasal cavity does not allow segmentation to be fully automated, but this approach contributes to the absence of interactive correction in 80% of tomographic datasets. The proposed method, which takes into account the intensity of the image elements close to the contour ones, allows to reduce the averaging error from tomographic reconstruction up to 2 times due to artificial sub-resolution. The perspective of the work is the development of methods for fully automatic segmentation of the structures of the nasal cavity, taking into account the individual anatomical variability of the upper respiratory tract.W pracy przeanalizowano cechy segmentacji górnych dróg oddechowych w celu określenia powietrznego przewodnictwa nosowego. Przedstawiono zdjęcia 2D i 3D procesu segmentacji oraz uzyskanych wyników. Podczas formowania analitycznego modelu aerodynamiki jamy nosowej głównym wskaźnikiem charakteryzującym konfigurację kanału nosowego jest ekwiwalentna średnica, którą wyznacza się na każdym skrzyżowaniu jam nosowych. Jest ona obliczana na podstawie pola powierzchni i obwodu odpowiedniego odcinka kanału nosowego. Podczas segmentacji jamy nosowej w pierwszej kolejności należy wyeliminować struktury powietrzne, które nie wpływają na aerodynamikę górnych dróg oddechowych – są to przede wszystkim nienaruszone przestrzenie zatok przynosowych, w których dominuje rozproszona wymiana powietrza. W trybie automatycznym jest to możliwe dzięki eliminacji niepołączonych izolowanych obszarów i znalezieniu, w kolejnym kroku, współczynników różnicy obszarów połączonych konfluencjami z przewodem nosowym. Wysokie współczynniki różnic przekrojów pomiędzy skrzyżowaniami będą wskazywały na obecność wydzielonych obszarów i przyczynią się do ich eliminacji. Złożona konfiguracja i duża zmienność osobnicza struktur jamy nosowej nie pozwala na pełną automatyzację segmentacji, jednak takie podejście przyczynia się do braku konieczności interaktywnej korekcji w 80% zestawów danych tomograficznych. Zaproponowana metoda, uwzględniająca intensywność elementów obrazu znajdujących się blisko konturu, pozwala na nawet 2-krotne zmniejszenie błędu uśredniania z rekonstrukcji tomograficznej, wynikającego ze sztucznej subrozdzielczości. Perspektywą pracy jest opracowanie metod w pełni automatycznej segmentacji struktur jamy nosowej z uwzględnieniem indywidualnej zmienności anatomicznej górnych dróg oddechowych

Statistical Shape Modelling and Segmentation of the Respiratory Airway

The human respiratory airway consists of the upper (nasal cavity, pharynx) and the lower (trachea, bronchi) respiratory tracts. Accurate segmentation of these two airway tracts can lead to better diagnosis and interpretation of airway-specific diseases, and lead to improvement in the localization of abnormal metabolic or pathological sites found within and/or surrounding the respiratory regions. Due to the complexity and the variability displayed in the anatomical structure of the upper respiratory airway along with the challenges in distinguishing the nasal cavity from non-respiratory regions such as the paranasal sinuses, it is difficult for existing algorithms to accurately segment the upper airway without manual intervention. This thesis presents an implicit non-parametric framework for constructing a statistical shape model (SSM) of the upper and lower respiratory tract, capable of distinct shape generation and be adapted for segmentation. An SSM of the nasal cavity was successfully constructed using 50 nasal CT scans. The performance of the SSM was evaluated for compactness, specificity and generality. An averaged distance error of 1.47 mm was measured for the generality assessment. The constructed SSM was further adapted with a modified locally constrained random walk algorithm to segment the nasal cavity. The proposed algorithm was evaluated on 30 CT images and outperformed comparative state-of-the-art and conventional algorithms. For the lower airway, a separate algorithm was proposed to automatically segment the trachea and bronchi, and was designed to tolerate the image characteristics inherent in low-contrast CT images. The algorithm was evaluated on 20 clinical low-contrast CT from PET-CT patient studies and demonstrated better performance (87.1±2.8 DSC and distance error of 0.37±0.08 mm) in segmentation results against comparative state-of-the-art algorithms

Клінічні аспекти та цитоморфофункціональні особливості слизової оболонки носа при хронічній патології внутрішньоносових структур та їх верифікація на основі даних комп’ютерної томографії

Background. Approximately 30% of the general human population suffers from chronic pathology of intranasal structures, the main manifestations of which are impaired nasal breathing and sense of smell. The main instrumental diagnostic methods for this pathology are X-ray computed tomography (CT), which allows obtaining data on the architecture of the anatomical structures of the upper respiratory tract, and rhinomanometry, based on the results of which it is possible to assess the functional capacity of the nasal cavity during breathing. Also, a thorough study of the cytological material of the mucous membrane of the upper respiratory tract is an important component in determining the functional state of the nasal cavity, clarifying the diagnosis and choosing a treatment method. This allows the doctor to determine the composition and number of cellular elements in the material, assess their condition (destruction, proliferation, dystrophy, necrosis, etc.), ascertain the intensity of the body’s reactive abilities, monitor the dynamics of tissue recovery or the healing process in them, and encourages researchers to study in more detail and comparing the materials of clinical, radiological and cytological studies with the aim of developing a pathogenetically directed complex treatment of patients with nasal breathing disorders. Therefore it is necessary to know aspects of correlation between the results of rhinocytography and CT data in typical pathological conditions with nasal congestion are considered. Purpose – is to study the clinical aspects and cytomorphological and functional features of the nasal mucosa in patients with pathology of intranasal structures with respiratory and olfactory disorders and research their independent verification based on the CT data. Materials and Methods. Clinical examination of patients included the study of complaints, anamnesis of the disease, examination of the ENT organs, rhinomanometry, endoscopic examination of the nasal cavity and nasopharynx, The CT of the paranasal sinuses using 3D cone beam tomography on the Vatech PaX-i3D device, as well as cytological examination of the nasal mucosa. The criteria for participation in the study were the absence of chronic diseases of the cardiovascular, respiratory, digestive, urinary systems, as well as heredity burdened by these diseases. Results. Formation of a different nature of the course and severity of disorders is associated with inflammatory, dyscirculatory and trophic disorders in the nasal mucosa, which weaken both mucociliary clearance and local immunity. This applies mainly to the I group of observations. The consequence of a decrease in local immunity factors in the nasal mucosa is microbial contamination, which is associated with a long-term nasal breathing disorder in the I and II groups of observations, up to five years and six months, respectively. The results of rhinocytography mostly correspond with the aerodynamic models data of nasal сavity from the CT datasets. Conclusions. Despite the reliability of the examinations carried out by us, the cytological examination of the nasal mucosa is only an additional analysis, the interpretation of which should be based on the clinical picture of a particular patient. Proposed aerodynamic model from CT-datasets actually provides an independent verification of the aerodynamic characteristics of the nasal cavity, obtained from rhinomanometry data, and may indicate a violation of nasal breathing according to changes in the internal anatomical configuration of the nasal chanel.Актуальність. Приблизно 30% загальної людської популяції страждає на хронічну патологію внутрішньоносових структур, основними проявами якої є порушення носового дихання та нюху. Основними інструментальними діагностичними методами для виявлення даної патології є рентгенівська комп’ютерна томографія, яка дозволяє отримати дані про архітектоніку анатомічних структур верхніх дихальних шляхів, та риноманометрія, за результами якої можливо оцінити функціональну спроможність носової порожнини при диханні. Досконале дослідження цитологічного матеріалу слизової оболонки верхніх дихальних шляхів також є важливою складовою у визначенні функціонального стану носової порожнини, уточненні діагнозу і вибору методу лікування. Це дозволяє лікарю визначати склад і кількість клітинних елементів у матеріалі, оцінювати їх стан (деструкцію, проліферацію, дистрофію, некроз та ін.), констатувати напруженість реактивних властивостей організму, відстежувати динаміку відновлення тканин чи процес загоєння в них, та спонукає дослідників до більш детального вивчення і зіставлення матеріалів клінічного, радіологічного та цитологічного досліджень з метою розробки патогенетично спрямованого комплексного лікування хворих із порушеннями носового дихання. Тому в роботі розглядаються аспекти кореляції між результатами риноцитографії та даними комп’ютерної томографії у разі типових патологічних станів з порушеннями носового дихання. Мета роботи – вивчення клінічних аспектів і цитоморфофункціональних особливостей слизової оболонки носа у хворих з патологією внутрішньоносових структур з респіраторно-ольфакторними порушеннями та проведення їх незалежної верифікації на основі даних комп’ютерної томографії. Матеріали та методи. Клінічне обстеження хворих включало вивчення скарг, анамнезу захворювання, огляд ЛОР-органів, проведення риноманометрії, ендоскопічне дослідження порожнини носа та носоглотки, комп’ютерної томографії (КТ) навколоносових пазух за допомогою конусно-променевої томографії в форматі 3D на апараті Vatech PaX-i3D, а також цитологічне дослідження слизової оболонки носа. Критеріями участі в дослідженні були відсутність хронічних захворювань серцевосудинної, дихальної, травної, сечовидільної систем, а також обтяженої за цими захворюваннями спадковості. Результати та їх обговорення. Формування різного характеру перебігу та тяжкості порушень пов’язане із запальними, дисциркуляторними та трофічними порушеннями слизової оболонки носа, які послаблюють як мукоциліарний кліренс, так і місцевий імунітет. Це стосується переважно I групи спостережень. Наслідком зниження факторів місцевого імунітету в слизовій оболонці носа є мікробна контамінація, що супроводжується тривалим порушенням носового дихання в І та ІІ групах спостереження до 5 і 6 місяців відповідно. Результати риноцитографії повністю кореспондуються на основі аеродинамічних моделей носової порожнини, які створені за даними комп’ютерної томографії. Висновки. Незважаючи на достовірність проведених нами досліджень, цитологічне дослідження слизової оболонки носа є лише додатковим аналізом, інтерпретація якого повинна базуватися на клінічній картині конкретного пацієнта. Запропонована аеродинамічна модель із КТ-даних фактично забезпечує незалежну верифікацію аеродинамічних характеристик порожнини носа, отриманих за даними риноманометрії, і може свідчити про порушення носового дихання відповідно до змін внутрішньої анатомічної конфігурації носового каналу

Machine Learning/Deep Learning in Medical Image Processing

Many recent studies on medical image processing have involved the use of machine learning (ML) and deep learning (DL). This special issue, “Machine Learning/Deep Learning in Medical Image Processing”, has been launched to provide an opportunity for researchers in the area of medical image processing to highlight recent developments made in their fields with ML/DL. Seven excellent papers that cover a wide variety of medical/clinical aspects are selected in this special issue

Characterization of alar ligament on 3.0T MRI: a cross-sectional study in IIUM Medical Centre, Kuantan

INTRODUCTION: The main purpose of the study is to compare the normal anatomy of alar ligament on MRI between male and female. The specific objectives are to assess the prevalence of alar ligament visualized on MRI, to describe its characteristics in term of its course, shape and signal homogeneity and to find differences in alar ligament signal intensity between male and female. This study also aims to determine the association between the heights of respondents with alar ligament signal intensity and dimensions. MATERIALS & METHODS: 50 healthy volunteers were studied on 3.0T MR scanner Siemens Magnetom Spectra using 2-mm proton density, T2 and fat-suppression sequences. Alar ligament is depicted in 3 planes and the visualization and variability of the ligament courses, shapes and signal intensity characteristics were determined. The alar ligament dimensions were also measured. RESULTS: Alar ligament was best depicted in coronal plane, followed by sagittal and axial planes. The orientations were laterally ascending in most of the subjects (60%), predominantly oval in shaped (54%) and 67% showed inhomogenous signal. No significant difference of alar ligament signal intensity between male and female respondents. No significant association was found between the heights of the respondents with alar ligament signal intensity and dimensions. CONCLUSION: Employing a 3.0T MR scanner, the alar ligament is best portrayed on coronal plane, followed by sagittal and axial planes. However, tremendous variability of alar ligament as depicted in our data shows that caution needs to be exercised when evaluating alar ligament, especially during circumstances of injury

Case series of breast fillers and how things may go wrong: radiology point of view

INTRODUCTION: Breast augmentation is a procedure opted by women to overcome sagging breast due to breastfeeding or aging as well as small breast size. Recent years have shown the emergence of a variety of injectable materials on market as breast fillers. These injectable breast fillers have swiftly gained popularity among women, considering the minimal invasiveness of the procedure, nullifying the need for terrifying surgery. Little do they know that the procedure may pose detrimental complications, while visualization of breast parenchyma infiltrated by these fillers is also deemed substandard; posing diagnostic challenges. We present a case series of three patients with prior history of hyaluronic acid and collagen breast injections. REPORT: The first patient is a 37-year-old lady who presented to casualty with worsening shortness of breath, non-productive cough, central chest pain; associated with fever and chills for 2-weeks duration. The second patient is a 34-year-old lady who complained of cough, fever and haemoptysis; associated with shortness of breath for 1-week duration. CT in these cases revealed non thrombotic wedge-shaped peripheral air-space densities. The third patient is a 37‐year‐old female with right breast pain, swelling and redness for 2- weeks duration. Previous collagen breast injection performed 1 year ago had impeded sonographic visualization of the breast parenchyma. MRI breasts showed multiple non- enhancing round and oval shaped lesions exhibiting fat intensity. CONCLUSION: Radiologists should be familiar with the potential risks and hazards as well as limitations of imaging posed by breast fillers such that MRI is required as problem-solving tool

Saving Bones: a direct comparison of FTIR-ATR, whole bone percent nitrogen, and NIR

89th Annual Meeting of the American-Association-of-Physical-Anthropologists (AAPA), Los Angeles, CA, APR 15-18, 202