Iterative deformable finite element model for nonrigid 3D PET/MRI breast image registration
Esnek olmayan 3B PET/MRI meme görüntü çakıştırması için yinelemeli deforme edilebilir sonlu elemanlar modeli
- Tez No: 984924
- Danışmanlar: PROF. DR. PRAMOD K VARSHNEY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Manyetik rezonans görüntüleme, Nükleer görüntüleme, Radyolojik görüntüleme, Sayısal görüntü analizi, Sayısal görüntü işleme, Sayısal görüntüleme teknikleri, Tıbbi görüntüleme, Tıbbi görüntüleme cihazları, Üç boyutlu görüntüleme, Magnetic resonance imaging, Nuclear imaging, Digital image analysis, Digital image processing, Digital imaging techniques, Medical imaging, Medical imaging equipments, Three dimensional imaging
- Yıl: 2006
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Syracuse Unıversıty
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ve meme yüzeyine yerleştirilen bir dizi referans cilt işaretleyicilerine (FSM) dayanan, esnek 3B tıbbi meme görüntü çakıştırması için yeni bir yaklaşım sunulmaktadır. Bu yöntem, hem aynı görüntüleme yöntemi içinde hem de farklı görüntüleme yöntemleri arasında meme görüntü çakıştırması uygulamalarında kullanılabilmektedir. Çakıştırma modeli iki adımdan oluşmaktadır. İlk adımda, hem hareketli hem de hedef hacimlerde gözlemlenen karşılık gelen FSM'lerin konumları ve yer değiştirmeleri belirlenmekte, ardından FEM kullanılarak FSM yer değiştirmeleri tüm meme hacmi boyunca doğrusal olarak dağıtılmaktadır. FEM modeli, yer değiştirme alanının Kartezyen bileşenleri ile katılarda kararlı hâl ısı transferindeki (SSHT) sıcaklık alanı arasındaki benzetmeye dayanmaktadır. Bu benzetme geçerlidir; çünkü x, y ve z yönlerindeki yer değiştirme alanı bileşenleri ile SSHT'deki sıcaklık alanı, her ikisi de Laplace denklemi kullanılarak modellenebilmektedir. Bu sayede problem, yüzey elemanlarının iletkenliğinin hacim elemanlarınınkinden keyfi olarak çok daha yüksek seçildiği standart ısı iletimi FEM yazılımları aracılığıyla çözülebilmektedir. Tüm düğüm noktalarındaki yer değiştirmeler belirlendikten sonra, hareketli meme hacmi bir görüntü bükme algoritması kullanılarak hedef meme hacmine kaydedilmektedir. İkinci adımda ise, FSM'lerden uzak bölgelerde kalan olası yüzey eşleşme hatalarını düzeltmek amacıyla, 3B olarak zaten hizalanmış hareketli ve hedef meme görüntülerinde karşılık gelen çok sayıda yüzey noktası için yer değiştirmeler tahmin edilmekte ve SSHT tabanlı FEM modeli ile bükme algoritması yeniden uygulanmaktadır. Elde edilen çakıştırılmış görüntüler hem nitel hem de nicel yöntemlerle analiz edilmiştir. İzoprojeksiyonlu yüzey benzerliği (ISS), normalize polar yüzey benzerliği (NPSS) ve z-ekseni yüzey benzerliği (ZSS) olarak adlandırılan üç farklı nitel benzerlik ölçütü uygulanmıştır. Yakınsama ve duyarlılık analizleri, hedef kayıt hatası çalışmaları aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Yöntemimizin başarımı ayrıca, normalize karşılıklı bilgi (NMI), normalize korelasyon katsayısı (NCC) ve mutlak değer farklarının toplamı (SAVD) gibi yoğunluk tabanlı benzerlik ölçütleri kullanılarak, yöntemin uygulanmasından önce ve sonra nicel olarak değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, yöntemin ilgili görüntüleme sistemlerinin uzamsal çözünürlüğü ile karşılaştırılabilir düzeyde hedef çakıştırma hataları sağlayarak son derece başarılı bir performans sergilediğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
A new nonrigid 3D medical breast-image registration approach that relies on a finite element method (FEM) and a set of fiducial skin markers (FSMs) placed on the breast surface is presented. This method can be applied for both intra- and intermodal breast image registration. The registration model consists of two steps. In the first step, the locations and displacements of corresponding FSMs observed in both moving and target volumes are determined, and then FEM is used to distribute the FSM displacements linearly over the entire breast volume. The FEM model relies on the analogy between the Cartesian components of the displacement field, and a temperature field in steady state heat transfer (SSHT) in solids. This analogy is valid because the displacement field components in the x, y, and z directions and the temperature field in SSHT can both be modeled using Laplace's equation. The problem can thus be solved via standard heat-conduction FEM software, with arbitrary conductivity of surface elements set much higher than that of volume elements. After determining the displacements at all nodes, the moving breast volume is registered to the target breast volume using an image-warping algorithm. In the second step, to correct for any residual surface misregistration in areas away from FSMs, displacements are estimated for a large number of corresponding surface points on the moving and the target breast images, already aligned in 3D, and our SSHT FEM model and the warping algorithm are applied again. Resulting registered images have been analyzed using both qualitative and quantitative methods. Three different qualitative similarity estimates named the isoprojected surface similarity (ISS), the normalized polar surface similarity (NPSS), and the z-axis surface similarity (ZSS) were implemented. Convergence and sensitivity analyses were performed via target registration error studies. The performance of our method was also evaluated quantitatively by applying intensity based similarity measures including: the normalized mutual information (NMI), the normalized correlation coefficient (NCC) and the sum of absolute valued differences (SAVD) before and after applications of the method. Our results indicate that the method yields excellent performance with target registration errors comparable with pertinent imaging system spatial resolution.
Benzer Tezler
- Modelling and simulation of friction in metal forming applications
Metal form verme uygulamalarında sürtünmenin modellenmesi ve simülasyonu
MURAT BAŞPINAR
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK DARENDELİLER
- Analysis of bird strike on metallic panels
Metalik panellere kuş çarpması analizi
KENAN ÇAYHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DEMET BALKAN
- Three dimensional simulation of fluid structure interactions for red blood cells
Kırmızı kan hücreleri için üç boyutlu akışkan yapı etkileşimi simülasyonu
AYŞE ÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ŞAHİN
- İstinat duvarlarına etkiyen dinamik toprak basınçlarına yerel zemin sınıfı ve spektral ivme katsayısının etkisi
Effect of local soil class and spectral acceleration coefficient on dynamic earth pressure on retaining walls
PERİM KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP İYİSAN