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Tipo do documento: Tese
Título: Segmentação automática de estruturas cardíacas em imagens de cine-ressonância magnética de eixo curto usando redes neurais convolucionais
Título(s) alternativo(s): Automatic segmentation of cardiac structures in short axis magnetic resonance cine images using convolutional neural networks
Autor: SILVA, Italo Francyles Santos da 
Primeiro orientador: SILVA, Aristófanes Corrêa
Primeiro coorientador: PAIVA, Anselmo Cardoso de
Primeiro membro da banca: SILVA, Aristófanes Corrêa
Segundo membro da banca: PAIVA, Anselmo Cardoso de
Terceiro membro da banca: CASAS, Vicente Leonardo Paucar
Quarto membro da banca: ALMEIDA, João Dallyson Sousa de
Quinto membro da banca: SANTOS NETO, Pedro de Alcantara dos
Resumo: Doenças cardiovasculares são responsáveis por milhões de óbitos todos os anos. Nesse cenário, exames não invasivos como o de cine-ressonância magnética (cine-RM) tem favorecido uma melhor compreensão acerca dessas patologias, auxiliando no diagnóstico precoce e tratamentos prévios essenciais para melhorar a qualidade de vida dos indivíduos. Por meio desse exame, os especialistas conseguem obter dados mais precisos das estruturas cardíacas, entre elas o miocárdio (Mio), a cavidade ventricular esquerda (CV) e o ventrículo direito (VD). Dado esse contexto, este trabalho apresenta métodos automáticos para a segmentação dessas estruturas cardíacas em imagens de cine-RM. São propostos dois métodos. O primeiro, denominado de Segmentação em Cascata com Reconstrução, é dividido em três etapas principais. A primeira consiste na extração de uma região de interesse (ROI) para reduzir o escopo de processamento. A segunda aplica uma rede totalmente convolucional (FCN) proposta para gerar a segmentação inicial do Mio, CV e VD. Essas segmentações iniciais são passadas para a terceira etapa, chamada de refinamento, na qual é usado um módulo de reconstrução de máscaras baseado em U-Net capaz de regenerar as segmentações geradas. Além disso, nessa etapa também são aplicadas algumas técnicas de pós-processamento específicas para cada estrutura de interesse. O segundo método, chamado de Segmentação Especializada por Contexto, é similarmente dividido em três etapas, sendo que a primeira delas também foca na extração de uma ROI; a segunda etapa compreende numa combinação de FCNs para a segmentação do Mio e da CV; e a terceira etapa utiliza outra FCN proposta, baseada na X-Net, para a segmentação do VD. Os métodos desenvolvidos alcançam resultados promissores em testes com as bases disponibilizadas pelo desafio ACDC, tanto em âmbito local, quanto na avaliação feita pela plataforma do próprio desafio, na qual os métodos apresentam resultados aproximados das melhores abordagens. Resultados expressivos também são obtidos em testes com a base M&Ms, que contém mais exames que a ACDC, sendo estes obtidos por meio de scanners de diferentes fabricantes, tendo portanto uma maior variabilidade de características, de modo semelhante ao cenário real da aplicação.
Abstract: Cardiovascular diseases are responsible for millions of deaths every year. In this scenario, non-invasive exams such as cine-magnetic resonance imaging (cine-RM) have favored a better understanding of these pathologies, helping early diagnosis and previous treatments essential to improve the quality of life of individuals. Through this exam, specialists can obtain more accurate information about cardiac structures, including the myocardium (Myo), the left ventricular cavity (LVC) and the right ventricle (RV). Given this context, this work presents automatic methods for the segmentation of those cardiac structures in short-axis cine-MRI images. Two methods are proposed. The first, called Cascaded Segmentation with Reconstruction, is divided into three main steps. The first step consists in extracting a region of interest (ROI) to reduce the scope of processing. The second applies a fully convolutional network (FCN) proposed to generate the initial Myo, LVC and RV segmentations. These initial segmentations are passed on to the third step, called refinement, in which a mask reconstruction module based on U-Net is used to restore the generated segmentations. In addition, in this step some specific post-processing techniques are also applied for each structure of interest. The second method, called Specialized Segmentation by Context, is similarly divided into three steps, the first of which also focuses on extracting an ROI; the second step comprises a combination of FCNs for Myo and LCV segmentation; and the third step uses another proposed FCN, based on X-Net, for RV segmentation. The methods developed reach promising results in tests with the dataset made available by the ACDC challenge, both at the local level and in the evaluation made by the challenge’s online platform, in which the proposed methods present results with little difference to the best approaches. Expressive results are also obtained in tests with the M&Ms dataset, which contains more exams than the ACDC, which are acquired by scanners from different vendors, therefore having a greater variability of features, similar to the real application scenario.
Palavras-chave: doenças cardiovasculares;
segmentação de estruturas cardíacas;
redes totalmente convolucionais;
cine-ressonância magnética.
cardiovascular diseases;
cardiac structures segmentation;
fully convolutional network;
cine-MRI.
Área(s) do CNPq: Processamento Gráfico
Cardiologia
Ciência da Computação
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
Citação: SILVA, Italo Francyles Santos da. Segmentação automática de estruturas cardíacas em imagens de cine-ressonância magnética de eixo curto usando redes neurais convolucionais. 2023. 126 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/4617
Data de defesa: 3-Mar-2023
Aparece nas coleções:TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE

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