本文提出了一种新的基于多个活动轮廓的图像分割方法指导下微分进化,称为MACDE。分割方法使用微分进化在极坐标系统提高勘探开发能力对于经典的活动轮廓模型。评价该方法的性能,一组合成图像和复杂的对象,介绍了高斯噪声,深深的凹陷了。随后,MACDE应用数据集的顺序计算机断层扫描和磁共振图像含有人类心脏和人类的左心室,分别。最后,获得的定量和定性评价医学图像分割与区域的专家,一组采用距离和相似性度量。根据实验结果,MACDE优于经典的活动轮廓模型和交互式曾方法在效率和鲁棒性的角度获得最优控制点,达到高精度细分。
一个b年代tr一个ct>计算机断层扫描(CT)扫描和磁共振成像(MRI)被广泛用于医学测试,因为他们代表的无创性诊断心脏疾病和痛苦的形式。在临床实践中,这一过程由心脏病医学图像可以主观的,劳动密集型和容易错误,因为它是基于视觉检查后跟一个手册描述的人类器官。因此,计算机技术的应用,以获得一个更有效的和可接受的时间内准确的图像分割中扮演着重要的角色。
gydF4y2Ba在医学图像分析中,人体器官的自动分割是一个重要的和具有挑战性的任务。在文献中,一些技术已经为此等报道,区域生长在骨盆损伤(
gydF4y2B一个在传统活动轮廓模型的实现存在两个主要的缺点。第一个缺点是控制点的初始化,必须接近感兴趣的对象来实现良好的分割否则将会出现收敛失败。第二个缺点是停滞在局部最小值给一个不准确的趋同倾向的边界对象。解决这些缺点已经提出一些改进来适应不同的方法与ACM包括统计方法(
gydF4y2B一个差分进化(DE)是一种随机和以人群为基础的优化方法类似于[进化算法建议
gydF4y2B一个在本文中,我们介绍一种新颖的基于多个活动轮廓的图像分割方法指导下微分进化优化技术,在极地区域分裂感兴趣的对象。每个极性部分人口的个人代表控制点来执行其特定的搜索策略,以找到最优控制点(snaxel)。适当因为该方法可以克服传统ACM的初始化的缺点和不准确收敛凹边界的一个对象,MACDE还解决问题的分段人类心脏左心室和人类从序列CT和磁共振图像数据集,分别。最后,将CT图像的分割结果可视化的三维重建方法提出了人类的心脏。
gydF4y2Ba这个工作的结构如下。节
在本节中,活动轮廓模型的基本原理和微分进化优化方法详细解释。
<年代ec id="sec2.1">活动轮廓模型(ACM),也被称为蛇,参数曲线,可以移动一个图像的空间域内分配。蛇被定义为<我nl我ne-formula>
在离散的计算实现ACM,蛇是由一个数字<我nl我ne-formula>
微分进化(DE)是一种随机提出的实参的启发式(
DEgydF4y2B一个算法背后的基本思想包括三个进化原则:变异、交叉,选择在浮点编码。突变步骤创建一个变异向量<我nl我ne-formula>
根据前面的描述,描述的经典DE算法使用以下过程。
初始化的代<我nl我ne-formula>
初始化每个<我nl我ne-formula>
计算<我nl我ne-formula>
分配<我nl我ne-formula>
更新<我nl我ne-formula>
如果停止准则是满意(如稳定或代),然后停止。
提出的基于微分进化MACDE方法和多个活跃的轮廓描述部分
因为古典ACM的弱点上面所讨论的,采用微分进化来解决局部最小值的缺点通过指导多个活跃的收敛轮廓在极坐标系统类似于(
MACDE分割方法包括三个步骤的过程,见图
过程中提出MACDE图像分割方法。
拟议中的MACDE图像分割方法的过程描述如下。
计算预处理步骤(中值滤波、精明的边缘检测器和欧几里得距离地图)。
初始化坐标<我nl我ne-formula>
DE算法的初始化参数:一代又一代的数量<我nl我ne-formula>
为每个极性部分生成一个种群<我nl我ne-formula>
为每一个人<我nl我ne-formula>
为每个单独的<我nl我ne-formula>
计算<我nl我ne-formula>
分配<我nl我ne-formula>
应用限制搜索空间忽略不当的解决方案;
评估<我nl我ne-formula>
更新<我nl我ne-formula>
如果停止准则满足(例如,稳定或代),然后停止,否则转到步骤(a)。
停止MACDE方法。
评估执行的医学图像分割方法对于古典ACM和列出的地区由两个专家,Jaccard指数,骰子指数,Haussdorf距离被采纳。
J一个ccard指数<我nl我ne-formula>
豪斯多夫距离是一种广泛使用的度量形状匹配的医学图像分割。这两个叠加集之间的相似度量措施使用(
节
在本节中,提出MACDE方法首先,与几个凹陷和合成图像噪声,其次,部分人类心脏左心室和人类从计算机断层扫描和磁共振图像。计算实现执行使用gcc编译器版本4.4.5运行Debian GNU / Linux 6.0,和2.13 Ghz Intel Core i3 4 Gb的内存。
<年代ec id="sec4.1">在图
合成明星:(一)传统的ACM的结果,(b) MACDE实现的结果,(c)的结果MACDE欧几里得距离地图,和(d) MACDE优化过程潜在的表面的距离。
图
嘈杂的循环:(a)的欧几里得距离地图原始图像,(b)传统ACM的结果,(c) MACDE实现的结果,和(d) MACDE优化过程潜在的表面的距离。
在图
合成对象:(一)欧几里得距离图的原始图像,(b)传统ACM的结果,(c) MACDE实现的结果,和(d)由于MACDE优化过程潜在的表面的距离。
利用微分进化MACDE方法提供了鲁棒性和准确性的三个关于古典ACM合成测试图像。尽管MACDE执行的优化过程的计算时间是竞争与分割过程由传统的ACM,该方法提高了分割结果避免局部最小值和凹性问题。节
在本节中,MACDE方法分割的人类心脏左心室和人类从数据序列CT和MR图像,分别。CT图像是墨西哥社会安全研究所提供的,提供的图片先生一直奥克兰MRI研究小组,奥克兰大学。
gydF4y2B一个在图
CT图像:(a)测试图像,(b)人类的心脏专家介绍,传统ACM (c)的结果,(d) MACDE实现的结果。
图
通过DE迭代收敛的人类心脏分割。
为了介绍人体左心室细分任务,在图
先生形象:(a)测试图像(b)的欧几里得距离地图测试图像,(c)由专家列出的人体左心室1,(d)人类的左心室的专家2,传统ACM (e)的结果,(f) MACDE实现的结果。
通过DE迭代收敛人类左心室的分割。
MACDE允许使用连续图像的初始化方法,从种子点坐标<我nl我ne-formula>
gydF4y2B一个在图
平均相似度测量与豪斯多夫距离,Jaccard指数和骰子指数受到传统活动轮廓模型分割的地区(ACM),互动曾方法,我们的方法(MACDE),由两位专家列出的区域设置的CT图像。
(人类心脏CT图像分割):(a)传统ACM的结果,(b)曾方法的结果,(c) MACDE实现的结果。
在图
平均相似度测量与豪斯多夫距离,Jaccard指数和骰子指数之间的地区由传统活动轮廓分割(ACM),互动曾方法,我们的方法(MACDE),列出的区域由两位专家从先生的一组图像。
图像(人体左心室分割)先生:(a)古典ACM的结果,(b)曾方法的结果,(c) MACDE实现的结果。
最后,为了从序列CT图像获得的分割结果可视化,3 d重建方法从专家,获得古典ACM和拟议中的MACDE方法呈现在图
人类心脏CT图像的三维重建:(a)结果从专家从专家2 (b)获得的结果,与古典ACM (c)的结果,(d) MACDE方法的结果。
在本文中,一种新颖的基于多个活动轮廓的图像分割方法指导下微分进化(MACDE)已经被提出。分割方法引入了一些重要的优势对传统活动轮廓模型和交互式曾方法,特别是,该地区的分区的兴趣极部分克服局部最小值的问题,对初始轮廓的位置。为了评估该方法的性能,一些实验合成图像与心脏医学图像通过实验后获得的计算机断层扫描和磁共振程序。实验结果表明MACDE的效率和稳定的噪音和深深的凹陷了。这些优势能获得高精度的人类心脏和人类相比左心室分割区域由专家根据证据显示列出的相似性度量。此外,实验结果还显示,MACDE非常适合医学图像的应用程序,包括序列医学图像的分割在一个竞争激烈的计算时间。
年代ec>这项工作已经由国家科学技术委员会的墨西哥(CONACYT)批准号241224 - 218157。作者要感谢奥克兰MRI研究小组(心脏阿特拉斯的网站),奥克兰大学磁共振成像的来源。作者感谢r . Mendoza-Gomez博士和F.J. Solorzano-Zepeda心脏病学部门的墨西哥社会安全研究所UMAE T1莱昂在数据收集的临床建议和帮助。
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