 
                                Segmentazione automatica della carotide
basata sulla classificazione dei pixel
Samanta Rosati, Filippo Molinari, Gabriella Balestra
Biolab, Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni, Politecnico di Torino, Torino
OBIETTIVO DELLO STUDIO
 Proporre uno strumento per la segmentazione automatica di immagini
ad ultrasuoni dell’arteria carotidea.
Samanta Rosati
28 giugno 2012
OBIETTIVO DELLO STUDIO
 Proporre uno strumento per la segmentazione automatica di immagini
ad ultrasuoni dell’arteria carotidea.
Indicatore di
rischio
cardiovascolare
Samanta Rosati
28 giugno 2012
OBIETTIVO DELLO STUDIO
 Diversa morfologia
del vaso
Samanta Rosati
28 giugno 2012
OBIETTIVO DELLO STUDIO
 Presenza di condizioni
patologiche
Samanta Rosati
28 giugno 2012
OBIETTIVO DELLO STUDIO
 Scarsa ecogenicità
delle interfacce
Samanta Rosati
28 giugno 2012
OBIETTIVO DELLO STUDIO
 Proporre uno strumento per la segmentazione automatica di immagini
ad ultrasuoni dell’arteria carotidea.
Elaborazione di Immagini +
Knowledge-Based Systems
Samanta Rosati
28 giugno 2012
FEATURE EXTRACTION
1. Estrazione di una serie di parametri che possano essere descrittivi dei
singoli pixel
 6 aree di pixel
 3 categorie di features:
4 aree centrate
attorno al pixel:
 3x7
 7x3
 15x7
 7x15
2 aree non centrate
attorno al pixel:
 7x3 verso l’alto
 7x3 verso il basso
Samanta Rosati
 Intensità del pixel selezionato
 Momenti statistici: valor
medio, deviazione standard,
skewness, kurtosis
 Texture Features: Spatial Gray
Level Dependence Method,
Gray Level Difference Method,
Gray Level Run Length Matrix
211 features estratte per
ogni pixel analizzato
28 giugno 2012
FEATURE SELECTION
2. Selezione di un sottoinsieme di parametri che permettano di
identificare la regione a cui i pixel appartengono
 4 classi di pixel:
 Lume
 Complesso intima-media
 Avventizia
 Lume rumoroso
Samanta Rosati
28 giugno 2012
FEATURE SELECTION
2. Selezione di un sottoinsieme di parametri che permettano di
identificare la regione a cui i pixel appartengono
 4 classi di pixel:
 Lume
 Complesso intima-media
 Avventizia
 Lume rumoroso
 QuickReduct Alghoritm:
 Algoritmo per FS basato sulla teoria dei
Rough Set (Fuzzy Logic)
 Nessuna ipotesi sulla modellizzazione
dei dati
QRA(C,D)
Input:
C -> set di feature estratte
per ogni elemento
D -> classe di appartenenza
di ogni elemento
Output:
R -> sottoinsieme di feature
R <- {}
while
T <- R
foreach ∈ (C-R)
if
∪
T <- R ∪ R <- T
return R
Samanta Rosati
28 giugno 2012
FEATURE SELECTION
2. Selezione di un sottoinsieme di parametri che permettano di
identificare la regione a cui i pixel appartengono
 QuickReduct Alghoritm:
 4 classi di pixel:
 Lume
 Complesso intima-media
 Avventizia
 Algoritmo per FS basato sulla teoria dei
Rough Set (Fuzzy Logic)
 Nessuna ipotesi sulla modellizzazione
dei dati
QRA(C,D)
 Lume rumoroso
 Dataset per FS:
 60 immagini
 600 pixel
per classe
Samanta Rosati
Input:
C -> set di feature estratte
per ogni elemento
D -> classe di appartenenza
di ogni elemento
Output:
R -> sottoinsieme di feature
R <- {}
while
T <- R
foreach ∈ (C-R)
if
∪
T <- R ∪ R <- T
return R
28 giugno 2012
FEATURE SELECTION
2. Selezione di un sottoinsieme di parametri che permettano di
identificare la regione a cui i pixel appartengono
 QuickReduct Alghoritm:
 4 classi di pixel:
 Lume
 Complesso intima-media
 Avventizia
 Algoritmo per FS basato sulla teoria dei
Rough Set (Fuzzy Logic)
 Nessuna ipotesi sulla modellizzazione
dei dati
QRA(C,D)
 Lume rumoroso
 Dataset per FS:
 60 immagini
 600 pixel
per classe
13 features selezionate
Samanta Rosati
Input:
C -> set di feature estratte
per ogni elemento
D -> classe di appartenenza
di ogni elemento
Output:
R -> sottoinsieme di feature
R <- {}
while
T <- R
foreach ∈ (C-R)
if
∪
T <- R ∪ R <- T
return R
28 giugno 2012
CLASSIFICAZIONE DEI PIXEL
3. Costruzione di un classificatore capace di identificare la regione della
carotide a cui ciascun pixel appartiene
 3 differenti dataset
di training
Samanta Rosati
28 giugno 2012
CLASSIFICAZIONE DEI PIXEL
3. Costruzione di un classificatore capace di identificare la regione della
carotide a cui ciascun pixel appartiene
LUME/LUME RUMOROSO
COMPLESSO INTIMA-MEDIA
AVVENTIZIA
NON CLASSIFICATO
 3 differenti dataset
di training
Samanta Rosati
28 giugno 2012
SEGMENTAZIONE DELL’IMMAGINE
4. Identificazione delle interfacce lume-intima e media-avventizia
L
L
L
IM
IM
L
IM
IM
IM
IM
IM
IM
IM
IM
IM
A
A
A
A
Interfaccia LI
ADF
LI
MA
Interfaccia MA
5. Calcolo della distanza tra il profilo LI e il profilo MA
Samanta Rosati
28 giugno 2012
RISULTATI
 Immagine con elevata
qualità e contrasto
 Immagine con
lume rumoroso
LI
MA
ADF
LI
MA
ADF
LI
MA
ADF
 Immagine con
carotide inclinata
Samanta Rosati
28 giugno 2012
RISULTATI
 Confronto tra IMT calcolata automaticamente e IMT estratta da 2 set
di profili tracciati manualmente effettuato su 50 immagini
 IMT autom. – op1
 IMT op1 – op2
Samanta Rosati
 IMT autom. – op2
28 giugno 2012
CONCLUSIONI
 Nel calcolo dell’IMT le prestazioni dell’algoritmo si possono ritenere
ampiamente in linea con quelle dei tradizionali algoritmi di segmentazione
anche semi-automatici
 L’algoritmo proposto è completamente user-indipendent e non richiede
l’inizializzazione di alcun parametro
 Si adatta a differenti geometrie e livelli di rumore senza necessità di
modificare/adattare i parametri
 I profili LI e MA estratti possono essere utilizzati per l’inizializzazione di
altri algoritmi (modelli deformabili) o per l’identificazione di placche
Samanta Rosati
28 giugno 2012
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
http://socrate.polito.it/biolab