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dc.creatorStringhini, Rômulo Marconato
dc.date.accessioned2021-09-24T17:46:39Z
dc.date.available2021-09-24T17:46:39Z
dc.date.issued2020-03-18
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/22270
dc.description.abstractComputed tomography (CT) is an extremely important tool to realize medical imaging exams and obtain an accurate medical diagnosis of internal structures of a patient. Compared to other traditional imaging exams, CT is more efficient, where a digital geometry processing is used to generate a 3D image of an internal structure of an object, or patient, from a series of 2D images obtained during various rotations of the CT scan around the scanned object. Also taking in consideration traditional imaging exams such as X-ray, MRI or ultrasound, for example, the CT technique uses higher radiation doses than such exams, providing high quality images. However, exposing patients to constant high doses of radiation is a negative factor of this type of examination and, because of that, the medical community has focused on decreasing the radiation dose of CT scans following the ALARA principle (As Low As Reasonably Achievable), which aims to minimize the radiation dose to a certain level while maintaining an acceptable obtained image and medical diagnosis. Nevertheless, the images acquired in low-dose CT (LDCT) scans are degraded by undesirable artifacts, known as noise, which affects negatively the image quality. That is, the pixels values of the obtained image are corrupted. Given the presented scenario, in this study is proposed a method based on mathematical morphology operators and Block-Matching 3D (BM3D) filtering to reduce noise and preserve details in low-dose computed tomography medical images. The method is divided into two main stages, named as: image segmentation and noise filtering. The first stage is responsible for separating the input image in two main regions named as foreground and background which will pass through a noise filtering process by morphological operators and BM3D technique in the second stage. The proposed method was tested on 991 dental images and 460 lung images from low-dose CT scans. The experimental results obtained by the proposed method were compared with the results of several state-of-the-art filters and validated using the PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio), SSIM (Structural Similarity), MSE (Mean-Squared Error) and EPI (Edge Preservation Index) quantitative metrics. The average results obtained by the proposed method for dental images demonstrate superior performance compared to the evaluated filters, with average quantitative PSNR values of 28.78, 0.82 in SSIM metric, MSE of 177.06 and 91% in edge preservation metric. For the images of the lung, the average PSNR value obtained was 19.77, 0.74 for the SSIM metric, 181.98 on MSE and average EPI of 0.82. The results, both visual and quantitative, were satisfactory, proving that the proposed method can reduce noise and preserve details efficiently.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpor
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectBaixa radiaçãopor
dc.subjectRedução de ruídopor
dc.subjectPreservação de detalhespor
dc.subjectMorfologia matemáticapor
dc.subjectBM3Dpor
dc.subjectLow-doseeng
dc.subjectNoise reductioneng
dc.subjectDetails preservationeng
dc.subjectMathematical morphologyeng
dc.titleMétodo computacional para filtragem de ruído e preservação de detalhes em imagens médicas de tomografia computadorizada de baixa radiaçãopor
dc.title.alternativeComputational method for noise filtering and detail preservation in low radiation computed tomographic medical imageseng
dc.typeDissertaçãopor
dc.description.resumoTomografia computadorizada (TC) é uma ferramenta de extrema importância para se realizar exames médicos de imagem e obter um diagnóstico médico preciso de estruturas internas de um paciente. Comparada com exames tradicionais que envolvem doses de radiação, a TC é uma técnica mais eficaz, onde um processamento geométrico digital é usado para gerar uma imagem 3D de uma estrutura interna de um objeto, ou paciente, a partir de uma série de imagens 2D obtidas durante diversas rotações do aparelho de TC ao redor do objeto examinado. Além disso, também levando em consideração exames tradicionais de imagens como raio-X, ressonância magnética ou ultrassom, por exemplo, a técnica de TC utiliza doses de radiação maiores que tais exames, fornecendo, assim, imagens de alta qualidade. Entretanto, expor pacientes à constantes altas doses de radiação é um fator negativo deste tipo de exame e, diante disso, a comunidade médica têm se concentrado em diminuir as doses de radiação de exames de tomografia computadorizada seguindo o princípio ALARA (As Low As Reasonably Achievable), onde a dosagem é diminuída até um determinado nível mantendo uma imagem obtida e diagnóstico médico aceitáveis. Contudo, durante a aquisição de imagens em exames de tomografia computadorizada de baixa radiação, tais imagens são frequentemente degradas por artefatos indesejados, conhecidos como ruído, afetando diretamente e negativamente a qualidade das imagens. Ou seja, os valores dos pixels que formam a imagem resultante são corrompidos. Diante do cenário apresentado, neste estudo é proposto um método baseado em operadores da morfologia matemática e filtragem Block-Matching 3D (BM3D) para reduzir ruído e preservar detalhes em imagens médicas de tomografia computadorizada de baixa radiação. O método é dividido em dois estágios principais, nomeados como: segmentação estrutural e filtragem de ruído. O primeiro estágio é responsável por separar a imagem em duas regiões denominadas foreground e background, onde passarão pelo processo de filtragem de ruído, no segundo estágio do método, a partir de operadores morfológicos e filtragem BM3D. O método proposto foi testado em 991 imagens de dentais e 460 imagens pulmonares de TC de baixa radiação. Os resultados experimentais obtidos pelo método proposto foram comparados com os resultados de diversos filtros presentes no estado-da-arte e validados utilizando as métricas quantitativas PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio), SSIM (Structural Similarity), MSE (Mean-Squared Error) e EPI (Edge Preservation Index). Os resultados médios obtidos pelo método proposto para imagens dentais demonstraram performance superior em relação a todos filtros avaliados, com valores quantitativos médios de PSNR de 28.78, 0.82 na métrica SSIM, MSE de 177.06 e 91% em preservação de bordas, de acordo com a métrica EPI. Já para imagens do pulmão, o PSNR médio foi de 19.77, o SSIM médio foi de 0.74, erro quadrático médio de 181.98 e EPI médio de 0.82. Os resultados, tanto quantitativos quanto visuais, foram satisfatórios, provando que o método proposto consegue reduzir ruído e preservar detalhes eficientemente.por
dc.contributor.advisor1Welfer, Daniel
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7506460984370717por
dc.contributor.referee1Pozzer, César Tadeu
dc.contributor.referee2Jung, Cláudio Rosito
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3322117724621463por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentCiência da Computaçãopor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computaçãopor
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOpor
dc.publisher.unidadeCentro de Tecnologiapor


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