Aplicación de procesamiento de imagen y técnica de impresión 3D para el desarrollo de un sistema de tomografía computarizada para la segmentación automática y análisis cuantitativo de los bronquios pulmonares
Autores: Kuo, Chung Feng Jeffrey; Yang, Zheng-Xun; Lai, Wen-Sen; Liu, Shao-Cheng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Aplicación de procesamiento de imagen y técnica de impresión 3D para el desarrollo de un sistema de tomografía computarizada para la segmentación automática y análisis cuantitativo de los bronquios pulmonares
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Estudio
Tomografía computarizada
Segmentación
Análisis cuantitativo
Bronquio pulmonar
Sistema de TC
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio trata sobre el desarrollo de un sistema de tomografía computarizada (TC) para la segmentación automática y el análisis cuantitativo del bronquio pulmonar. Incluye tres partes. Parte I utilizó un filtro de paso bajo de mediana adaptativa y cuatro vecinos para eliminar el ruido de la TC. Luego, se utilizó el agrupamiento k-means para segmentar la región pulmonar en los datos de TC. En la Parte II, se segmentó la vía aérea pulmonar. Se empleó la segmentación de tres grados para dividir todos los píxeles en la región pulmonar en tres grados inciertos, incluyendo aire, vasos sanguíneos y tejidos, y porciones inciertas. La pared de la vía aérea se reformó utilizando una máscara de peso de píxel de borde. Posteriormente, la semilla se calculó automáticamente con la imagen frontal enmascarando la posición de agregación de la región pulmonar como la entrada de crecimiento de la región para obtener la vía aérea inicial. Posteriormente, se detectaron los micro bronquios con diferentes radios utilizando la reconstrucción morfológica en escala de grises para modificar la vía aérea inicial. En la Parte III se adoptó la esqueletonización para simplificar la vía aérea pulmonar, conservando la longitud y la información de dirección de extensión. La información se registró en una lista vinculada con las coordenadas mundiales basadas en la carina de los pacientes, definida por las direcciones de la carina hacia el extremo superior de la tráquea y los bronquios principales derecho e izquierdo. El conjunto completo de bronquios fue reconocido mediante la coincidencia de la dirección del bronquio objetivo y las coordenadas mundiales utilizando una clasificación jerárquica. El sistema propuesto pudo detectar la ubicación de la vía aérea pulmonar y detectar bronquios de 11 generaciones con una capacidad de reconocimiento de bronquios del 98.33%. Mientras tanto, se han procesado la medición de 20 parámetros de la vía aérea y la verificación de impresión 3D. Se han calculado el diámetro, longitud, volumen, ángulo y área de sección transversal de la tráquea principal y los bronquios derecho e izquierdo, el área de sección transversal de la unión, la longitud del bronquio izquierdo y la longitud del bronquio derecho para las pautas de práctica clínica. El sistema propuesto en este estudio mantuvo simultáneamente las ventajas de la automatización y la alta precisión y contribuyó al diagnóstico clínico.
Descripción
Este estudio trata sobre el desarrollo de un sistema de tomografía computarizada (TC) para la segmentación automática y el análisis cuantitativo del bronquio pulmonar. Incluye tres partes. Parte I utilizó un filtro de paso bajo de mediana adaptativa y cuatro vecinos para eliminar el ruido de la TC. Luego, se utilizó el agrupamiento k-means para segmentar la región pulmonar en los datos de TC. En la Parte II, se segmentó la vía aérea pulmonar. Se empleó la segmentación de tres grados para dividir todos los píxeles en la región pulmonar en tres grados inciertos, incluyendo aire, vasos sanguíneos y tejidos, y porciones inciertas. La pared de la vía aérea se reformó utilizando una máscara de peso de píxel de borde. Posteriormente, la semilla se calculó automáticamente con la imagen frontal enmascarando la posición de agregación de la región pulmonar como la entrada de crecimiento de la región para obtener la vía aérea inicial. Posteriormente, se detectaron los micro bronquios con diferentes radios utilizando la reconstrucción morfológica en escala de grises para modificar la vía aérea inicial. En la Parte III se adoptó la esqueletonización para simplificar la vía aérea pulmonar, conservando la longitud y la información de dirección de extensión. La información se registró en una lista vinculada con las coordenadas mundiales basadas en la carina de los pacientes, definida por las direcciones de la carina hacia el extremo superior de la tráquea y los bronquios principales derecho e izquierdo. El conjunto completo de bronquios fue reconocido mediante la coincidencia de la dirección del bronquio objetivo y las coordenadas mundiales utilizando una clasificación jerárquica. El sistema propuesto pudo detectar la ubicación de la vía aérea pulmonar y detectar bronquios de 11 generaciones con una capacidad de reconocimiento de bronquios del 98.33%. Mientras tanto, se han procesado la medición de 20 parámetros de la vía aérea y la verificación de impresión 3D. Se han calculado el diámetro, longitud, volumen, ángulo y área de sección transversal de la tráquea principal y los bronquios derecho e izquierdo, el área de sección transversal de la unión, la longitud del bronquio izquierdo y la longitud del bronquio derecho para las pautas de práctica clínica. El sistema propuesto en este estudio mantuvo simultáneamente las ventajas de la automatización y la alta precisión y contribuyó al diagnóstico clínico.