توصيفگر ها :
بخش بندي , پردازش تصاوير پزشكي , مغز جنين , پرسپترون چندلايه , سازوكار توجه , برش تطبيقي
چكيده فارسي :
بخشبندي تصاوير پزشكي يكي از چالشهاي اساسي در پردازش تصوير است و نقش حياتي در ارزيابي و تشخيص برخي بيماريها ايفا ميكند. در حوزهي تصاوير MRI مغز، بخشبندي دقيق ساختارهاي مختلف مغز، بهويژه در مغز جنين، از اهميت ويژهاي برخوردار است. اين فرايند ميتواند در تشخيص اختلالات مغزي و پيشبيني رشد طبيعي يا غيرطبيعي مغز تأثير شاياني داشته باشد. از آنجا كه تصاوير پزشكي معمولاً داراي ويژگيهاي متنوعي بين بيماران هستند، توسعه روشهاي مؤثر براي بخشبندي اين تصاوير همواره يكي از چالشهاي بزرگ به شمار ميرود. در اين راستا، هدف اصلي پژوهش حاضر، توسعه يك مدل بر پايه روش هاي يادگيري عميق است كه قادر به بخشبندي دقيق ساختارهاي مغز جنين، بهويژه ساختارهاي ماده سفيد و صفحه غشايي، از تصاوير MRI باشد. براي دستيابي به اين هدف، روش جديدي براي استخراج برشهاي دوبعدي از تصاوير حجمي سهبعدي مغز جنين پيشنهاد شده است. اين روش كه تحت عنوان "برشهاي تطبيقي" شناخته ميشود، بر اساس اندازه و ويژگيهاي خاص مغز جنين برشهاي دوبعدي را استخراج ميكند. در مقايسه با روشهاي مرسوم برشهاي ثابت، اين رويكرد تضمين ميكند كه اطلاعات نواحي مهم براي بخشبندي در هر برش موجود باشد. همچنين، وابستگيهاي مكاني در تصاوير كاهش مييابد، كه اين ويژگي بهويژه در تصاوير MRI جنين كه ممكن است تحت تأثير تحرك جنين در حين تصويربرداري قرار گيرند، اهميت دارد. اين پژوهش با هدف كاهش پارامترهاي ياديگيري و حفظ عملكرد، دو روش يادگيري عميق براي بخشبندي دو كلاسه و سه كلاسه معرفي ميكند كه هردو از يك ستون فقرات مشابه بهره ميبرند. مقايسه اين دو روش با مدلهاي استاندارد بخشبندي نشان ميدهد كه هر دو روش عملكرد بهتري نسبت به مدل هاي مقايسه شده از خود نشان دادهاند. با كاهش تعداد پارامترها و زمان پيشبيني، مدلهاي ما توانستهاند بهطور مؤثر در آزمونهاي باليني عمل كنند و دقت بالاتري را ارائه دهند. در مقايسه با روش پايه، روش اول توانست به طور متوسط دو درصد افزايش در تمامي پارامترها داشته باشد و روش پيشنهادي دوم نيز در مقايسه با روشهاي مقايسه شده، توانست به طور ميانگين حدود يك درصد افزايش در تمامي پارامترها بدست آورد. همچنين هر دو مدل در مقايسه با روش پايه 50 درصد كاهش تعداد پارامتر يادگيري داشتند كه باعث كاهش قابل توجه در زمان آزمون هر نمونه ميشود.
چكيده انگليسي :
Medical image segmentation is a fundamental challenge in image processing and plays a crucial role in the evaluation and diagnosis of various diseases. In the domain of brain MRI images, precise segmentation of different brain structures, especially in fetal brains, is of particular significance. This process can significantly impact the diagnosis of brain disorders and the prediction of normal or abnormal brain development. Since medical images often exhibit diverse characteristics across patients, the development of effective methods for segmenting these images remains one of the major challenges. In this context, the primary objective of this research is to develop a deep learning-based model capable of accurately segmenting fetal brain structures, particularly the white matter and the cortical plate, from MRI images. To achieve this goal, a novel method for extracting 2D slices from 3D volumetric fetal brain images is proposed. This approach, referred to as "adaptive slicing," extracts 2D slices based on the size and specific features of the fetal brain. Compared to conventional fixed slicing methods, this technique ensures that important segmentation information is preserved in each slice. Furthermore, spatial dependencies in the images are reduced, which is especially significant in fetal MRI images that may be affected by fetal movement during imaging. This study introduces two deep learning methods for binary and multiclass segmentation with the aim of reducing learnable parameters while maintaining performance. Both methods share a similar backbone. A comparison of these methods with standard segmentation models demonstrates that both outperform the models being compared. By reducing the number of parameters and prediction time, our models have been shown to perform effectively in clinical tests and deliver higher accuracy. Compared to the baseline method, the first method achieved an average increase of two percentage points across all parameters, while the second proposed method achieved an average increase of one percentage point across all parameters. Additionally, both models achieved a 50% reduction in the number of learnable parameters compared to the baseline, resulting in a significant decrease in the test time for each sample.