This paper presents a novel M-shaped encoder-decoder architecture for skin lesion segmentation, achieving better performance than existing approaches. The proposed architecture utilizes the left and right legs to enable multi-scale feature extraction and is further enhanced by integrating an attention module within the skip connection. The image is partitioned into four distinct patches, facilitating enhanced processing within the encoder-decoder framework. A pivotal aspect of the proposed method is to focus more on critical image features through an attention mechanism, leading to refined segmentation. Experimental results highlight the effectiveness of the proposed approach, demonstrating superior accuracy, precision, and Jaccard Index compared to existing methods
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.8
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pp.2082-2102
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2024
Accurate segmentation of magnetic resonance (MR) images is crucial for providing doctors with effective quantitative information for diagnosis. However, the presence of weak boundaries, intensity inhomogeneity, and noise in the images poses challenges for segmentation models to achieve optimal results. While deep learning models can offer relatively accurate results, the scarcity of labeled medical imaging data increases the risk of overfitting. To tackle this issue, this paper proposes a novel fuzzy c-means (FCM) model that integrates a deep learning approach. To address the limited accuracy of traditional FCM models, which employ Euclidean distance as a distance measure, we introduce a measurement function based on the skewed normal distribution. This function enables us to capture more precise information about the distribution of the image. Additionally, we construct a regularization term based on the Kullback-Leibler (KL) divergence of high-confidence deep learning results. This regularization term helps enhance the final segmentation accuracy of the model. Moreover, we incorporate orthogonal basis functions to estimate the bias field and integrate it into the improved FCM method. This integration allows our method to simultaneously segment the image and estimate the bias field. The experimental results on both simulated and real brain MR images demonstrate the robustness of our method, highlighting its superiority over other advanced segmentation algorithms.
Deep learning applications are increasingly being leveraged for disease detection tasks in medical imaging modalities such as X-ray, Computed Tomography (CT), and Magnetic Resonance Imaging (MRI). Most data-centric deep learning challenges necessitate the use of supervised learning methodologies to attain high accuracy and to facilitate performance evaluation through comparison with the ground truth. Supervised learning mandates a substantial amount of image and label sets, however, procuring an adequate volume of medical imaging data for training is a formidable task. Various data augmentation strategies can mitigate the underfitting issue inherent in supervised learning-based models that are trained on limited medical image and label sets. This research investigates the enhancement of a deep learning-based rib fracture segmentation model and the efficacy of data augmentation techniques such as left-right flipping, rotation, and scaling. Augmented dataset with L/R flipping and rotations(30°, 60°) increased model performance, however, dataset with rotation(90°) and ⨯0.5 rescaling decreased model performance. This indicates the usage of appropriate data augmentation methods depending on datasets and tasks.
In the early twenty-first century, minimally invasive surgery is the mainstay of various kinds of surgical fields. Surgeons gave percutaneously surgical treatment of the screw directly using a fluoroscopic view in the past. The latest date, they began to operate the fractured carpal bone surgery using Computerized Tomography (CT). Carpal bones composed of wrist joint consist of eight small bones which have hexahedron and sponge shape. Because of these shape, it is difficult to grasp the shape of carpal bones using only CT image data. Although several image segmentation studies have been conducted with carpal bone CT image data, more studies about carpal bone using CT data are still required. Especially, to apply the software implemented from the studies to clinical fIeld, the outcomes should be user friendly and very accurate. To satisfy those conditions, we propose modified multi-seed region growing segmentation method which uses simple threshold and the canny edge detector for finding edge information more accurately. This method is able to use very easily and gives us high accuracy and high speed for extracting the edge information of carpal bones. Especially, using multi-seed points, multi-bone objects of the carpal bone are extracted simultaneously.
Segmenting vessels in lower extremity CT images is very difficult because of gray level variation, connection to bones, and their small sizes. Instead of segmenting vessels, we propose an approach that segments bones and subtracts them from the original CT images. The subtracted images can contain not only connected vessel structures but also isolated vessels, which are very difficult to detect using conventional vessel segmentation methods. The proposed method initially grows a 3-dimensional (3D) volume with a seeded region growing (SRG) using an adaptive threshold and then detects junctions and forked branches. The forked branches are classified into either bone branches or vessel branches based on appearance, shape, size change, and moving velocity of the branch. The final volume is re-grown by collecting connected bone branches. The algorithm has produced promising results for segmenting bone structures in several tens of vessel-enhanced CT image data sets of lower extremities.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.22
no.11
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pp.2425-2431
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1997
The increased usage of Magnetic Resonance Image (MRI) required the method for automatic segmentation of medical image that is more useful so as to diagnose the dissecitive information of a atient quickly and effectively through MR scans.The use of neural networks may give much hep to solving the complex problems concerned the matter. This paper proposes the new method for automatic segmentation of magnetic resonance (MR) images of the brain by using neural networks brained by back-propagation algorithm. The trained neural networks by the segmenting MR images of a patient produce an output that networks can segment MR images of the other patients automatically, too and show a clear image of the brain.
Park, Ikjong;Kim, Keehoon;Choi, Gun;Chung, Wan Kyun
The Journal of Korea Robotics Society
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v.15
no.4
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pp.316-322
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2020
Endoscopic spine surgery is an advanced surgical technique for spinal surgery since it minimizes skin incision, muscle damage, and blood loss compared to open surgery. It requires, however, accurate positioning of an endoscope to avoid spinal nerves and to locate the endoscope near the target disk. Before the insertion of the endoscope, a guide needle is inserted to guide it. Also, the result of the surgery highly depends on the surgeons' experience and the patients' CT or MRI images. Thus, for the training, a number of haptic simulators for spinal needle insertion have been developed. But, still, it is difficult to be used in the medical field practically because previous studies require manual segmentation of vertebrae from CT images, and interaction force between the needle and soft tissue has not been considered carefully. This paper proposes AI-based automatic vertebrae CT-image segmentation and haptic rendering method using the proposed need-tissue interaction model. For the segmentation, U-net structure was implemented and the accuracy was 93% in pixel and 88% in IoU. The needle-tissue interaction model including puncture force and friction force was implemented for haptic rendering in the proposed spinal needle insertion simulator.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.175-176
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2006
The aim of the 3D medical imaging is to facilitate the creation of clinically usable image-based algorithm. Clinically usable imaging algorithm for image analysis requires a high degree of interaction to verify and correct results from registration algorithms, such as the Insight Toolkit (ITK) and the Visualization Toolkit (VTK) which are the class libraries. ITK provides segmentation algorithms and VTK has powerful 3D visualization. However, to apply those libraries to the medical images such as Computerized Tomography (CT), the algorithm based on the interactive construction and modification of data objects are necessary. In this paper we showed the 3D registration about mandibular premolar of human teeth acquired by micro-CT scanner. Also, we used the ITK to find the contour of pulp layer of premolar, furthermore, the 3D imaging was visualized with VTK designed to create one kind of view on the data of 3D visualization. Finally, we evaluated that the volume model of pulp layer would be useful for the tooth morphology in dental medicine.
Kim, Wook;Woo, Sang-Keun;Kang, Joo Hyun;Lim, Sang Moo
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.21
no.12
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pp.11-18
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2016
Magnetic resonance image (MRI) is widely used in brain research field and medical image. Especially, non-invasive brain activation acquired image technique, which is functional magnetic resonance image (fMRI) is used in brain study. In this study, we investigate brain activation occurred by LED light stimulation. For investigate of brain activation in experimental small animal, we used high magnetic field 9.4T MRI. Experimental small animal is Balb/c mouse, method of fMRI is using echo planar image (EPI). EPI method spend more less time than any other MRI method. For this reason, however, EPI data has low contrast. Due to the low contrast, image pre-processing is very hard and inaccuracy. In this study, we planned the study protocol, which is called block design in fMRI research field. The block designed has 8 LED light stimulation session and 8 rest session. All block is consist of 6 EPI images and acquired 1 slice of EPI image is 16 second. During the light session, we occurred LED light stimulation for 1 minutes 36 seconds. During the rest session, we do not occurred light stimulation and remain the light off state for 1 minutes 36 seconds. This session repeat the all over the EPI scan time, so the total spend time of EPI scan has almost 26 minutes. After acquired EPI data, we performed the analysis of this image data. In this study, we analysis of EPI data using statistical parametric map (SPM) software and performed image pre-processing such as realignment, co-registration, normalization, smoothing of EPI data. The pre-processing of fMRI data have to segmented using this software. However this method has 3 different method which is Gaussian nonparametric, warped modulate, and tissue probability map. In this study we performed the this 3 different method and compared how they can change the result of fMRI analysis results. The result of this study show that LED light stimulation was activate superior colliculus region in mouse brain. And the most higher activated value of segmentation method was using tissue probability map. this study may help to improve brain activation study using EPI and SPM analysis.
Dong Hyun Kim;Jiwoon Seo;Ji Hyun Lee;Eun-Tae Jeon;DongYoung Jeong;Hee Dong Chae;Eugene Lee;Ji Hee Kang;Yoon-Hee Choi;Hyo Jin Kim;Jee Won Chai
Korean Journal of Radiology
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v.25
no.4
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pp.363-373
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2024
Objective: To develop and evaluate a deep learning model for automated segmentation and detection of bone metastasis on spinal MRI. Materials and Methods: We included whole spine MRI scans of adult patients with bone metastasis: 662 MRI series from 302 patients (63.5 ± 11.5 years; male:female, 151:151) from three study centers obtained between January 2015 and August 2021 for training and internal testing (random split into 536 and 126 series, respectively) and 49 MRI series from 20 patients (65.9 ± 11.5 years; male:female, 11:9) from another center obtained between January 2018 and August 2020 for external testing. Three sagittal MRI sequences, including non-contrast T1-weighted image (T1), contrast-enhanced T1-weighted Dixon fat-only image (FO), and contrast-enhanced fat-suppressed T1-weighted image (CE), were used. Seven models trained using the 2D and 3D U-Nets were developed with different combinations (T1, FO, CE, T1 + FO, T1 + CE, FO + CE, and T1 + FO + CE). The segmentation performance was evaluated using Dice coefficient, pixel-wise recall, and pixel-wise precision. The detection performance was analyzed using per-lesion sensitivity and a free-response receiver operating characteristic curve. The performance of the model was compared with that of five radiologists using the external test set. Results: The 2D U-Net T1 + CE model exhibited superior segmentation performance in the external test compared to the other models, with a Dice coefficient of 0.699 and pixel-wise recall of 0.653. The T1 + CE model achieved per-lesion sensitivities of 0.828 (497/600) and 0.857 (150/175) for metastases in the internal and external tests, respectively. The radiologists demonstrated a mean per-lesion sensitivity of 0.746 and a mean per-lesion positive predictive value of 0.701 in the external test. Conclusion: The deep learning models proposed for automated segmentation and detection of bone metastases on spinal MRI demonstrated high diagnostic performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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