Page 32 - IFM_201401_v9 150

vol. 3 1/2014 Inżynier i Fizyk Medyczny 30
diagnostyka obrazowa \ medical diagnosis artykuł naukowy \ scientific paper
Rys. 3 Koncepcja seonów jako atomów o swoistym znaczeniu (semantyce), które
modelują komponenty treści istotne w diagnozie
uproszczonych wskaźników semantycznej reprezentacji treści
według hierarchii jej znaczeń w zadaniach diagnostycznych.
Postrzegając jednoznaczną formę wizualną takiego wskaźnika,
ekspert rozumie istotę przekazu obrazowego, konsekwentnie
precyzując interpretację obrazu na bazie znacznie bardziej zo-
biektywizowanych i sformalizowanych kryteriów.
Wspólnym założeniem jest fakt, że realny, fizyczny przekaz
obrazowy zawęża nieskończoną przestrzeń obrazowych konfi-
guracji w receptorze obrazów. Obiekty, cechy i relacje rozpozna-
je się po fragmentach, zarysach, punktach charakterystycznych,
powielanych wzorcach. Istotne jest dostosowanie postrzeganej
treści wizualnej do strukturalnej reprezentacji obiektów w ob-
razie, uwzględniając specyfikę medycznej diagnostyki obrazo-
wej (dodatkowy wkład specyfiki cech wizualnych, decydujących
o rozpoznaniu). Geony mają charakter ogólny, dostosowany do
reprezentacji brył geometrycznych w obrazach oraz zdolności
ich percepcji. Seony wychodzą od semantycznych modeli zmian,
identyfikowanych przez określone, ontologiczne atrybuty i ce-
chy. Liczy się nie tyle geometria kształtu, ile jej niezmienniki
względem ‘atomowych’ przekształceń. Ważny jest charakter
krawędzi (liniowość, krzywoliniowość, lokalna mapa gradientu),
dominująca tekstura, ale też charakter rozkładu osobliwości li-
niowych, niekiedy punktowych, znaczenie proporcji cech i wza-
jemnych relacji zestawu dopasowanych seonów (subtelnego,
zupełnego układu niezmienników rozwinięć w dobranych zesta-
wach atomów).
Uniwersalna biblioteka seonów odnosi się do typowych ele-
mentów składających się na treść obrazu, takich jak ogólne kom-
ponenty geometryczne (bloki, cylindry, kliny, grzbiety, różnego
typu krawędzie i kontury), atrybuty krawędzi (krzywizna, współ-
liniowość, symetria, równoległość, promienistość itp.), atrybuty
tekstury (cykliczność, losowość, kierunkowość, łagodność itp.).
Stanowi ich obraz w upraszczającym przekształceniu. Brane są
pod uwagę specyficzne komponenty treści, przykładowo pro-
mienistość-kierunkowość-jasność, tendencja jasności, rozle-
głość, gradientowość itp., zależnie do problemu diagnostyczne-
go. Seony są ich odpowiednikiem, zwartą reprezentacją, rzadką
w odniesieniu do dziedziny określoności, powstałą poprzez roz-
winięcie w zestawach atomów z parametrem skali, lokalizacji,
kierunku w 2D lub 3D, fazy precyzującej lokalne przesunięcia
w ramach lokalnego nośnika. Docelowo numeryczne formy se-
onów dają jednoznaczną, zwartą i niezmienniczą reprezentację
komponentów kluczowych w rozpoznaniu.
Realizacja metody rozumienia obrazów
W przeprowadzonych badaniach wykorzystano m.in. ramę ( fra-
me) falek zespolonych CWT (Complex Wavelet Transform) oraz
zestaw kierunkowych filtrów Gabora do wyznaczenia seonów
spikularnych zaburzeń architektury, pozwalających wyróżnić te
zaburzenia spośród różnorodnego utkania otaczającej tkanki
gruczołu sutkowego. Istotną cechą reprezentacji obrazu w CWT
jest uzyskana w wysokim stopniu niezmienniczość względem
przekształceń afinicznych, brak aliasingu i możliwość wykorzy-
stania fazy do wyznaczenia precyzyjnego rozkładu gradientów.
Przede wszystkim zaś liczy sięmożliwość precyzyjnej analizy roz-
kładu lokalnej kierunkowości struktur w różnych skalach. Uzy-
skany w ten sposób rozkład kierunków okazuje się specyficzny
dla spikularnych zaburzeń, znacznie bardziej niż wizualne efekty
badań mammograficznych. Normalizacja procedur wyznaczenia
takich rozkładów prowadzi do niezmienników przekształceń
falek zespolonych, tj. seonów. Uformowana na ich podstawie
wizualizacja ukrytych treści obrazowych ułatwia interpretację
mammogramów w badaniach przesiewowych [16].
W innym przypadku dostosowanie zintegrowanych falek
kierunkowych typu curvelets contourlets i CWT dających zwartą
reprezentację kawałkami liniowych, wielokierunkowych oso-
bliwości oraz precyzyjną, lokalną charakterystykę częstotli-
wościową pozwoliło określić seony obszarów hipodensyjnych
skutecznie wydobywający regiony o obniżonej gęstości w za-
szumionych obrazach CT tkanki mózgowej. Semantyka two-
rzonych numerycznych niezmienników istotnej treści została
uformowana na bazie ontologii diagnostyki mammograficznej
oraz tworzonej aktualnie ontologii udarowej (11 modułów: ana-
tomiczny, badań fizykalnych, badań biochemicznych, danych
genetycznych, wywiadu lekarskiego, badań obrazowych, kla-
syfikacji udaru, czynników ryzyka, schorzeń współistniejących,
schorzeń imitujących udar, rozpoznań klinicznych form udaru).
Symbolicznie przedstawiono to na rys. 3, gdzie zupełny i moż-
liwie nienadmiarowy zbiór komponentów morfologicznych
został skonfrontowany z ich specyficzną reprezentacją w ze-
stawach atomów wieloskalowych, o wielu istotnych cechach
charakterystycznych poszczególnych komponentów. Jedno-
znaczne, selektywne, czułe i niezmiennicze dopasowanie ato-
mowych form opisu stanowi komputerowe narzędzie rozumie-
nia obrazów diagnostycznych ze względu na specyfikę udaru
niedokrwiennego. Zupełnie niewidoczne zmiany hipodensyjne
mogą być postrzegane za pomocą bardziej czułego niż oczy
narzędzia, które ‘patrzy’ za pomocą okularów właściwych
przekształceń, odnajdując nowe wskaźniki patologii, znacznie
bardziej niezależne od zewnętrznych uwarunkowań systemów
obrazowania, ale też różnorodności obiektów, stanowiących za-
sadniczy przedmiot poszukiwań (Rys. 4).