Środowisko badawcze metod segmentacji bazujących na modelach odkształcalnych w obrazowaniu biomedycznym

Transkrypt

1 Środowisko badawcze metod segmentacji bazujących na modelach odkształcalnych w obrazowaniu biomedycznym Daniel Reska Krzysztof Jurczuk Cezary Bołdak Marek Krętowski Wydział Informatyki,Politechnika Białostocka Konferencja TEWI Białystok

2 Założenia aplikacji Środowiska do badania modeli odkształcalnych stosowanych do segmentacji obrazów biomedycznych usprawnieniu procesu badań naukowych Eliminacja konieczność implementacji własnej platformy badawczej lekki klient - dostęp przez przeglądarkę internetową złożone obliczenia wykonywane na serwerze Docelowa integracja z Platformą TEWI uwierzytelnianie/autoryzacja użytkowników profile użytkownika (modele, parametry) repozytorium obrazów Konferencja TEWI Białystok

3 Funkcjonalność systemu Segmentacja oparta o (klasyczne) modele krzywych i powierzchni odkształcalnych, korzystające z wbudowanych form energii i ograniczeń Definiowanie własnych form energii i modeli Generowanie obrazów biomedycznych (Wirtualny skaner MRI) System profili użytkowników (prywatne dane) Repozytorium obrazów biomedycznych 2D i 3D (DICOM) Narzędzia do wizualizacji i analizy danych oraz wyników segmentacji Walidacja wyników przez porównanie z pozycjami/wymiarami rzeczywistych obiektów Konferencja TEWI Białystok

4 Aktywny kontur (wąż) Parametryczna krzywa: v(s)=(x(s), y(s)), odkształcająca się pod wpływem przyłożonych sił Siły zewnętrzne: przyciąganie pożądanych elementów obrazu Siły wewnętrzne: spójność i gładkość krzywej Dopasowanie do segmentowanego obszaru poprzez minimalizację całkowitej energii węża: 1 Esnake = Eint ( v( s)) + Eimage( v( s)) + Econ( v( s)) ds 0 M. Kass, A.Witkin, D. Terzopoulos: Snakes: Active contour models, International Journal of Computer Vision, 1(4): , 1988 Konferencja TEWI Białystok

5 Aktywny kontur (wąż) najczęściej postać dyskretna odporność na nieciągłość krawędzi i drobne zakłócenia wrażliwość na parametryzację konieczność bliskiej inicjalizacji (liczne modyfikacje) sterowanie ewolucją on-line Konferencja TEWI Białystok

6 Moduł modelowania obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI) Konferencja TEWI Białystok

7 Modelowanie MRI pobudzenie oraz relaksacja atomów wodoru, równanie Bloch'a akwizycja sygnału: prawo indukcji elektromagnetycznej Faraday'a rekonstrukcja obrazu: filtry oraz transformata Fourier'a Konferencja TEWI Białystok

8 Moduły systemu Problemator Skaner MRI Segmentator Ring Konferencja TEWI Białystok

9 Problemator Problemator Skaner MRI Segmentator Ring Definiowanie i generowani wirtualnej sceny 3D podlegającej obrazowaniu Rozbudowany edytor: definiowanie miękkich tkanek i ich cech rzeczywistych, tekstury, elementów zakłócających (śrubki, płytki, itp. ) Zapis analitycznej postaci sceny w przenośnym formacie Konferencja TEWI Białystok

10 Wirtualny skaner MRI Problemator Skaner MRI Segmentator Ring Pobiera dane wejściowe dostarczane przez Problemator w postaci map wokseli z przypisanymi właściwościami Przeprowadza symulację obrazowania techniką rezonansu magnetycznego Wyjście w postaci map w przestrzeni Fourier a (macierze k-space ) oraz obrazów właściwych Konferencja TEWI Białystok

11 Segmentator Problemator Skaner MRI Segmentator Ring Przyjmuje obrazy wygenerowane przez Snaker MRI Udostępnia segmentację opartą o wbudowane (klasyczne) modele krzywych i powierzchni odkształcalnych oraz podstawowych form energii Umożliwia definiowanie własnych form energii i modeli (język skryptowy oraz system pluginów) Konferencja TEWI Białystok

12 Ring Problemator Skaner MRI Segmentator Ring Pobiera dane z pozostałych modułów Oferuje wizualizację danych ze wszystkich etapów analizy Przeprowadza eksperymentalne porównanie różnych metod segmentacji, oferując wskaźniki ich dokładności Analiza jakości segmentacji względem znanego wzorca oraz porównanie metod między sobą Konferencja TEWI Białystok

13 Komunikacja klient-serwer Konferencja TEWI Białystok

14 Architektura i technologia Rozdzielenie warstwy obliczeniowej i prezentacji Aplikacja sieciowa w modelu klient-serwer Klient: bogata aplikacja internetowa RIA (JavaFX/Swing) uruchamiana w przeglądarce internetowej Serwer: usługi sieciowe oparte o Axis2/Java Uwierzytelnianie i przechowanie danych użytkowników: usługa katalogowa LDAP Możliwość integracji w innymi systemami (np. Windchill) Konferencja TEWI Białystok

15 Schemat komunikacji między komponentami systemu Konferencja TEWI Białystok

16 Aktualny stan rozwoju Wdrożony model klient-serwer Moduł Segmentator: modularny dwuwymiarowy kontur parametryczny podstawowe modele, energie i ograniczenia adaptacyjny model węża (t-snake) definiowanie własnych form energii (BeanShell) Podstawowe profile użytkowników (LDAP) Prototyp repozytorium danych Konferencja TEWI Białystok

17 Kierunki dalszego rozwoju Stworzenie modularnej implementacji trójwymiarowej deformowanej powierzchni Rozbudowa edytora energii własne API/metajęzyk Moduły skanera MRI, generatora scen 3D oraz walidacji segmentacji Integracja z systemem Windchill Konferencja TEWI Białystok

18 Pokaz działania aplikacji Konferencja TEWI Białystok

19 Literatura [1] P. Moore, D. Molloy: A Survey of Computer-Based Deformable Models, International Machine Vision and Image Processing Conference, pp , International Machine Vision and Image Processing Conference (IMVIP 2007), 2007 [2] M. Kass, A.Witkin, D. Terzopoulos: Snakes: Active contour models, International Journal of Computer Vision, 1(4): , 1988 [3] T. McInerney, D. Terzopoulos: Topology adaptive deformable surfaces for medical image volume segmentation, IEEE Trans. on Medical Imaging, 18(10): , 1999 [4] I. Cohen, L.D. Cohen: Finite-element method for active contour models and balloons for 2D and 3D images, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 15: , 1993 [5] Chenyang Xu, Jerry L. Prince: Snakes, shapes, and gradient vector flow. IEEE Transactions on Image Processing, 7(3): , 1998 [6] T. McInerney, D. Terzopoulos: T-snakes: Topology adaptive snakes, Medical Image Analysis, 4(2), 2000 [7] Oracle Corporation: JavaFX Rich Internet Applications Development, (odczyt z dn r.) [8] InteractiveMesh e.k.: Java 3D meets JavaFX, (odczyt z dn r.) [9] The Apache Software Foundation: Apache Axis2/Java - Next Generation Web Services, (odczyt z dn r.) [10] The Apache Software Foundation: ApacheDS v1.5 - An extensible, embeddable LDAP and Kerberos server entirely in Java, (odczyt z dn r.) Konferencja TEWI Białystok

20 Dziękuję za uwagę Konferencja TEWI Białystok