Super-resolution ultrasound Imaging of the ovine corpus luteum vascular regulation model
| datacite.contributor.Supervisor | Δερματάς Ευάγγελος | |
| datacite.rights | http://purl.org/coar/access_right/c_f1cf | el |
| dc.contributor.author | Λαζαρίδη, Συμέλα | |
| dc.contributor.other | Lazaridi, Symela | |
| dc.date.accessioned | 2022-08-03T09:59:45Z | |
| dc.date.available | 2022-08-03T09:59:45Z | |
| dc.date.copyright | 2021-07-12 | |
| dc.degree | masterThesis | el |
| dc.description.abstract | Ultrasound is a well-established medical imaging modality competing more advanced methods such as MRI and CT, while the recent advancements in super-resolution imaging have increased its usefulness even more. Super resolution ultrasound is frequently used in tumor detection applications, since micro-bubble tracking provides information of tissue perfusion and local haemodynamic characteristics. The particles are inserted into the blood stream via an intravenous injection and due to their mm dimensions they can reach even the smallest capillaries. Usually, they are fabricated with an gaseous inner layer and an outer shell composed by various materials such as lipids, polymers and proteins. Replacing the inner layer with chemotherapeutic drugs, targeted tumor treatment is possible. The super-resolution imaging approach is based upon the tracking of the particles as they travel in the bloodstream. To achieve that a two-step algorithm is employed which includes the segmentation and localization of the bubble and its tracing in the temporal domain. Since in the tracking the particle is considered as a single point object, replaced by its center of mass, the accuracy of the segmentation and localization determines the success of the entire algorithm. The current method includes a simple averaging filter to remove any artefacts from the image and through a probabilistic approach distinguish the pixels to those that belong to a particle and those that belong to the background. This thesis addresses some of the misconceptions of the already developed algorithm and presents a comparative study between the above segmentation and two new approaches. Firstly, the averaging filter is replaced with more proper enhancing methods such as adaptive wiener filter, non-local means or bilateral filter, replacing a simple smoothing filter with edge-preserving filters. The analysis of the original algorithm revealed an ill-defined step using the Haar-Like features, which in the new approaches is removed, while an entirely new method based on the maximization of the cross correlation between an investigated bubble and a theoretical template is used. After describing thoroughly the principles of each filter and each method, this study presents a detailed evaluation of each proposed algorithm via a synthetic data set and several feature maps produced from real US videos. The utilization of synthetic data is critical since they provide information of ground truth events and thus measurements of wrong or missed detections can be made. However, due to specific limitations of the synthetic data. an extensive assessment on real data, on both sheep ovaries and patients with prostate cancer, is necessary. Considering the same linking algorithm, any difference in the feature maps is attributed to the segmentation algorithm. | el |
| dc.description.translatedabstract | Ο υπέρηχος είναι μια καθιερωμένη μέθοδος ιατρικής απεικόνισης που ανταγωνίζεται προηγμένες μεθόδους όπως τη μαγνητική τομογραφία και την υπολογιστική τομογραφία, ενώ οι πρόσφατες εξελίξεις στην απεικόνιση υψηλής ανάλυσης έχουν αυξήσει ακόμη περισσότερο τη χρησιμότητά της. Ο υπερηχογράφος υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιείται συχνά σε εφαρμογές ανίχνευσης όγκων, καθώς η παρακολούθηση μικροφυσαλίδων παρέχει πληροφορίες για την αιμάτωση του ιστού και τοπικά αιμοδυναμικά χαρακτηριστικά. Τα σωματίδια εισάγονται στην κυκλοφορία του αίματος μέσω ενδοφλέβιας ένεσης και λόγω των διαστάσεων μικρομέτρων μπορούν να φτάσουν ακόμη και στα μικρότερα τριχοειδή. Συνήθως, κατασκευάζονται με ένα αέριο εσωτερικό στρώμα και ένα εξωτερικό περίβλημα αποτελούμενο από διάφορα υλικά όπως λιπίδια, πολυμερή και πρωτεΐνες. Αντικαθιστώντας το εσωτερικό στρώμα με χημειοθεραπευτικά φάρμακα, είναι δυνατή η στοχευμένη θεραπεία όγκων. Η προσέγγιση απεικόνισης υψηλής ανάλυσης βασίζεται στην παρακολούθηση των σωματιδίων καθώς ταξιδεύουν στην κυκλοφορία του αίματος. Για να επιτευχθεί αυτό χρησιμοποιείται ένας αλγόριθμος δύο βημάτων που περιλαμβάνει την τμηματοποίηση και τον εντοπισμό της φυσαλίδας και την ανίχνευσή της στο πεδίο του χρόνου. Δεδομένου ότι στην παρακολούθηση το σωματίδιο θεωρείται σημειακό αδιάστατο αντικείμενο, το οποίο αντικαθίσταται από το κέντρο μάζας του, η ακρίβεια της κατάτμησης και του εντοπισμού καθορίζει την επιτυχία ολόκληρου του αλγορίθμου. Η τρέχουσα μέθοδος περιλαμβάνει ένα απλό φίλτρο μέσης τιμής για την αφαίρεση τυχόν ανιχνεύσεων από την εικόνα μέσω μιας πιθανολογικής προσέγγισης που διακρίνει τα εικονοστοιχεία που ανήκουν σε ένα σωματίδιο από εκείνα που ανήκουν στο φόντο. Αυτή η διατριβή ασχολείται με μερικές από τις παρανοήσεις του ήδη ανεπτυγμένου αλγορίθμου και παρουσιάζει μια συγκριτική μελέτη μεταξύ της παραπάνω κατάτμησης και δύο νέων προσεγγίσεων. Πρώτον, το φίλτρο μέσης τιμής αντικαθίσταται με καταλληλότερες μεθόδους ενίσχυσης αντικειμένων, όπως προσαρμοστικό φίλτρο Wiener, Non-local means και bilateral, αντικαθιστώντας ένα απλό φίλτρο εξομάλυνσης με φίλτρα διατήρησης άκρων. Η ανάλυση του αρχικού αλγορίθμου αποκάλυψε ένα ακαθόριστο βήμα χρησιμοποιώντας τις λειτουργίες Haar-Like, το οποίο στις νέες προσεγγίσεις αφαιρείται, ενώ χρησιμοποιείται μια εντελώς νέα μέθοδος που βασίζεται στη μεγιστοποίηση της συσχέτισης μεταξύ μιας ανιχνευμένης φυσαλίδας και ενός θεωρητικού προτύπου. Αφού περιγραφούν διεξοδικά οι αρχές κάθε φίλτρου και κάθε μεθόδου, αυτή η μελέτη παρουσιάζει μια λεπτομερή αξιολόγηση κάθε προτεινόμενου αλγορίθμου μέσω ενός συνθετικού συνόλου δεδομένων και διάφορων χαρακτηριστικών χαρτών που παράγονται από πραγματικά βίντεο υπερήχων. Η χρήση συνθετικών δεδομένων είναι κρίσιμη δεδομένου ότι παρέχουν πληροφορίες για τη γενική αλήθεια που διέπουν τα δίκτυα κι επομένως μπορούν να γίνουν μετρήσεις λανθασμένων ή χαμένων ανιχνεύσεων. Ωστόσο, λόγω συγκεκριμένων περιορισμών των συνθετικών δεδομένων, απαιτείται εκτεταμένη αξιολόγηση των πραγματικών δεδομένων, τόσο στις ωοθήκες προβάτων όσο και στους ασθενείς με καρκίνο του προστάτη. Εφαρμόζωντας τον ίδιο αλγόριθμο παρακολούθησης σε όλα τα πειράματα, οποιεσδήποτε διαφορές αναγνωρίζονται στους χαρακτηριστικούς χάρτες αποδίδονται στον αλγόριθμο τμηματοποίησης. | el |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10889/16582 | |
| dc.language.iso | en | el |
| dc.subject | Cancer | el |
| dc.subject | Prostate cancer | el |
| dc.subject | Edge-preserving filters | el |
| dc.subject | Corpus luteum | el |
| dc.subject | Haar-like features | el |
| dc.subject | Microbubble tracking | el |
| dc.subject | Object detection | el |
| dc.subject | Segmentation | el |
| dc.subject | Microbubbles | el |
| dc.subject | Contrast enhanced ultrasound imaging | el |
| dc.subject.alternative | Υπερηχογράφημα αντίθεσης | el |
| dc.subject.alternative | Τμηματοποίηση | el |
| dc.subject.alternative | Παρακολούθηση φυσαλίδων | el |
| dc.subject.alternative | Ανίχνευση αντικειμένων | el |
| dc.subject.alternative | Ωχρό σωμάτιο | el |
| dc.subject.alternative | Καρκίνος | el |
| dc.subject.alternative | Καρκίνος προστάτη | el |
| dc.subject.alternative | Φυσαλίδες | el |
| dc.subject.alternative | Haar like χαρακτηριστικά | el |
| dc.subject.alternative | Φίλτρα διατήρησης ακμών | el |
| dc.title | Super-resolution ultrasound Imaging of the ovine corpus luteum vascular regulation model | el |
| dc.title.alternative | Επεξεργασία εικόνων υπερηχογραφήματος υψηλής ανάλυσης του αγγειακού μοντέλου του ωχρού σωμάτιου | el |
| oaire.licenseCondition | https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | el |