Metodología probabilística para la segmentación de estructuras cerebrales basada en procesos Gaussianos

Con el desarrollo de este proyecto de investigación, se busca avanzar en el estudio de los métodos para la segmentación de formas 3D relacionadas a estructuras cerebrales utilizando modelos probabilísticos de variables latentes, los cuales a partir de un conocimiento a-priori de las estructuras 3D permitan contemplar determinados descriptores y así encontrar nuevas posibles deformaciones sintéticas de la estructura que permitan al modelo mayor flexibilidad y especificidad para capturar las variaciones de una estructura dada. Esto, con el fin de darle más robustez al desarrollo de sistemas de apoyo al especialista para la identificación de estructuras cerebrales en un determinado procedimiento de cirugía guiada por imagen y brindar un apoyo al especialista a la hora de dar un diagnostico..

Sequential model-based segmentation and recognition of image structures driven by visual features and spatial relations

International audienceA sequential segmentation framework, where objects in an image are successively segmented, generally raises some questions about the ''best'' segmentation sequence to follow and/or how to avoid error propagation. In this work, we propose original approaches to answer these questions in the case where the objects to segment are represented by a model describing the spatial relations between objects. The process is guided by a criterion derived from visual attention, and more precisely from a saliency map, along with some spatial information to focus the attention. This criterion is used to optimize the segmentation sequence. Spatial knowledge is also used to ensure the consistency of the results and to allow backtracking on the segmentation order if needed. The proposed approach was applied for the segmentation of internal brain structures in magnetic resonance images. The results show the relevance of the optimization criteria and the interest of the backtracking procedure to guarantee good and consistent results

Computational Anatomy for Multi-Organ Analysis in Medical Imaging: A Review

The medical image analysis field has traditionally been focused on the development of organ-, and disease-specific methods. Recently, the interest in the development of more 20 comprehensive computational anatomical models has grown, leading to the creation of multi-organ models. Multi-organ approaches, unlike traditional organ-specific strategies, incorporate inter-organ relations into the model, thus leading to a more accurate representation of the complex human anatomy. Inter-organ relations are not only spatial, but also functional and physiological. Over the years, the strategies 25 proposed to efficiently model multi-organ structures have evolved from the simple global modeling, to more sophisticated approaches such as sequential, hierarchical, or machine learning-based models. In this paper, we present a review of the state of the art on multi-organ analysis and associated computation anatomy methodology. The manuscript follows a methodology-based classification of the different techniques 30 available for the analysis of multi-organs and multi-anatomical structures, from techniques using point distribution models to the most recent deep learning-based approaches. With more than 300 papers included in this review, we reflect on the trends and challenges of the field of computational anatomy, the particularities of each anatomical region, and the potential of multi-organ analysis to increase the impact of 35 medical imaging applications on the future of healthcare.Comment: Paper under revie

Segmentation Automatique D'Images IRM 3D Anténatales

Desarrollo de un programa capaz de hacer una segmentación automática en imágenes de resonancia magnética 3D pertenecientes a niños recién nacidos. La segmentación consistirá en una clasificación de los diferentes tejidos cerebrales, es decir, clasificación de la materia gris, blanca y liquido encéfalo raquídeo. Además de una segmentación de el núcleo gris y de los ventrículos. Para ello, se ha realizado una interfaz para facilitar al médico la utilización de estas herramientas desarrolladas además de permitirle un seguimiento del niño, para comprobar su buen crecimiento y desarrollo. El algoritmo desarrollado esta basado en técnicas de procesamiento de imagen (morfología matemática, contornos activos, segmentación por watershed, técnicas de mejoramiento de imagen y K-medias).Automatic segmentation of antenatal 3D MRI images (analysis software development). The implemented software is a graphical interface that helps the doctor on his final diagnostic. The program which aims are to make an automatic segmentation of different brain tissues (gray matter, white matter and CSF) and different parts of the brain (ventricle and nucleus). The algorithm is based on image processing methods (mathematic morphology, actives contours, segmentation using watershed, techniques of image processing and K-means).Pacheco Lloret, MB.; Luzàrraga, E. (2014). Segmentation Automatique D'Images IRM 3D Anténatales. http://hdl.handle.net/10251/35155.Archivo delegad

Machine learning-based automated segmentation with a feedback loop for 3D synchrotron micro-CT

Die Entwicklung von Synchrotronlichtquellen der dritten Generation hat die Grundlage für die Untersuchung der 3D-Struktur opaker Proben mit einer Auflösung im Mikrometerbereich und höher geschaffen. Dies führte zur Entwicklung der Röntgen-Synchrotron-Mikro-Computertomographie, welche die Schaffung von Bildgebungseinrichtungen zur Untersuchung von Proben verschiedenster Art förderte, z.B. von Modellorganismen, um die Physiologie komplexer lebender Systeme besser zu verstehen. Die Entwicklung moderner Steuerungssysteme und Robotik ermöglichte die vollständige Automatisierung der Röntgenbildgebungsexperimente und die Kalibrierung der Parameter des Versuchsaufbaus während des Betriebs. Die Weiterentwicklung der digitalen Detektorsysteme führte zu Verbesserungen der Auflösung, des Dynamikbereichs, der Empfindlichkeit und anderer wesentlicher Eigenschaften. Diese Verbesserungen führten zu einer beträchtlichen Steigerung des Durchsatzes des Bildgebungsprozesses, aber auf der anderen Seite begannen die Experimente eine wesentlich größere Datenmenge von bis zu Dutzenden von Terabyte zu generieren, welche anschließend manuell verarbeitet wurden. Somit ebneten diese technischen Fortschritte den Weg für die Durchführung effizienterer Hochdurchsatzexperimente zur Untersuchung einer großen Anzahl von Proben, welche Datensätze von besserer Qualität produzierten. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft besteht daher ein hoher Bedarf an einem effizienten, automatisierten Workflow für die Röntgendatenanalyse, welcher eine solche Datenlast bewältigen und wertvolle Erkenntnisse für die Fachexperten liefern kann. Die bestehenden Lösungen für einen solchen Workflow sind nicht direkt auf Hochdurchsatzexperimente anwendbar, da sie für Ad-hoc-Szenarien im Bereich der medizinischen Bildgebung entwickelt wurden. Daher sind sie nicht für Hochdurchsatzdatenströme optimiert und auch nicht in der Lage, die hierarchische Beschaffenheit von Proben zu nutzen. Die wichtigsten Beiträge der vorliegenden Arbeit sind ein neuer automatisierter Analyse-Workflow, der für die effiziente Verarbeitung heterogener Röntgendatensätze hierarchischer Natur geeignet ist. Der entwickelte Workflow basiert auf verbesserten Methoden zur Datenvorverarbeitung, Registrierung, Lokalisierung und Segmentierung. Jede Phase eines Arbeitsablaufs, die eine Trainingsphase beinhaltet, kann automatisch feinabgestimmt werden, um die besten Hyperparameter für den spezifischen Datensatz zu finden. Für die Analyse von Faserstrukturen in Proben wurde eine neue, hochgradig parallelisierbare 3D-Orientierungsanalysemethode entwickelt, die auf einem neuartigen Konzept der emittierenden Strahlen basiert und eine präzisere morphologische Analyse ermöglicht. Alle entwickelten Methoden wurden gründlich an synthetischen Datensätzen validiert, um ihre Anwendbarkeit unter verschiedenen Abbildungsbedingungen quantitativ zu bewerten. Es wurde gezeigt, dass der Workflow in der Lage ist, eine Reihe von Datensätzen ähnlicher Art zu verarbeiten. Darüber hinaus werden die effizienten CPU/GPU-Implementierungen des entwickelten Workflows und der Methoden vorgestellt und der Gemeinschaft als Module für die Sprache Python zur Verfügung gestellt. Der entwickelte automatisierte Analyse-Workflow wurde erfolgreich für Mikro-CT-Datensätze angewandt, die in Hochdurchsatzröntgenexperimenten im Bereich der Entwicklungsbiologie und Materialwissenschaft gewonnen wurden. Insbesondere wurde dieser Arbeitsablauf für die Analyse der Medaka-Fisch-Datensätze angewandt, was eine automatisierte Segmentierung und anschließende morphologische Analyse von Gehirn, Leber, Kopfnephronen und Herz ermöglichte. Darüber hinaus wurde die entwickelte Methode der 3D-Orientierungsanalyse bei der morphologischen Analyse von Polymergerüst-Datensätzen eingesetzt, um einen Herstellungsprozess in Richtung wünschenswerter Eigenschaften zu lenken