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Título: Análise comparativa de técnicas de rastreamento de marcas acústicas em imagens de ecocardiografia
Título em inglês: Comparative analysis of speckle tracking techniques on echocardiographic images
Autor(es): Almeida, Thomaz Maia de
Orientador(es): Cortez, Paulo César
Palavras-chave: Teleinformática
Processamento de imagens
Data do documento: 1-Ago-2012
Citação: ALMEIDA, T. M. (2012)
Resumo: O auxílio ao diagnóstico através da visualização de imagens médicas vêm sendo utilizado em diversas áreas da Medicina tais como pneumologia, cardiologia, traumatologia, neurologia, dentre outras. Na área da cardiologia, várias aplicações clínicas têm sido propostas para a análise de doenças cardíacas através da quantificação e avaliação da dessincronia ventricular esquerda durante a deformação do músculo cardíaco (miocárdio). Existem, atualmente, duas técnicas utilizadas na aferição da deformação miocárdica em duas dimensões: Doppler Tecidual (DT) e Strain 2D (St2D). A primeira técnica possui desvantagens quanto à dependência do ângulo de insonação do transdutor durante o exame ecocardiográfico, diminuindo a chance de reprodutibilidade do resultado das medições entre especialistas. A segunda técnica, recentemente introduzida e também chamada de Speckle Tracking, consiste no acompanhamento de marcadores acústicos naturais existentes na imagem produzida pelo ultrassom. Neste sentido, vê-se a importância do estudo de técnicas para rastrear esses marcadores acústicos. A presente dissertação realiza uma análise comparativa entre oito algoritmos de estimação de deslocamento baseados na técnica de Casamento de Blocos (CB) e três algoritmos baseados na técnica de Fluxo Óptico (FO), que são as duas atuais técnicas amplamente citadas na literatura. A análise é realizada mediante vídeos sintéticos e vídeos médicos de exames ecocardiográficos. A avaliação das técnicas em vídeos sintéticos é realizada quanto à trajetória e à deformação. Já a avaliação em vídeos de exames ecocardiográficos é realizada quanto às curvas e taxas de deformação. Na análise da trajetória são aplicadas duas métricas de avaliação das técnicas: correlação média e erro quadrático médio. Para a análise das curvas e das taxas de deformação a métrica usada é o valor do erro quadrático médio em relação à deformação global (global strain) do miocárdio. Os resultados indicam que o desempenho idêntico de alguns estimadores de deslocamento os reduzem de oito para seis algoritmos. A técnica de CB mostra-se viável para o rastreamento de marcas acústicas mas é dependente das dimensões adotadas nos blocos. Em relação às técnicas de FO, o algoritmo de Lucas e Kanade Piramidal é o que obtém melhor resultado nos testes realizados, produzindo curvas de deformação global com erro médio de 0,47%, enquanto os valores de erro dos outros algoritmos de FO estão em torno de 10%. No caso, os erros dos estimadores de CB variam de 1% a 16%.
Abstract: Aided diagnosis by visualization of medical images has been used in several medical fields such as pulmonology, cardiology, traumatology, neurology, and others. In cardiology, several clinical applications have been proposed for the analysis of heart disease by quantification and evaluation of ventricular dyssynchrony during deformation of the heart muscle (myocardium). There are currently two techniques used in the measurement of myocardial deformation in two dimensions: Tissue Doppler and 2D Strain. The first technique has drawbacks regarding the dependence on the angle of insonation of the transducer during the echocardiographic examination, which reduce the chance of reproducibility of measurements among experts. The second technique, recently introduced and also called Speckle Tracking, consists of tracking the natural acoustic markers in the image produced by ultrasound. In this sense we see the importance of studying techniques to track these acoustic markers. This thesis performs a comparative analysis of eight algorithms from time-delay estimators based on the block matching technique and three algorithms based on the optical flow technique, which are the two current techniques widely presented in the literature. The analysis is performed using synthetic videos and medical videos from echocardiographic examinations. The evaluation of the techniques in synthetic videos is performed on the trajectory and deformation. The assessment in echocardiographic videos is held regarding the strain curves and strain rates. In the analysis of the trajectory are applied two metrics for evaluating techniques: mean correlation and mean square error. For the analysis of strain curves and of strain rate the measure used is the value of the mean square error relative to global strain of myocardium. The results indicate that the identical performance of some estimators reduce the time-delay estimators from eight to six algorithms. The block matching technique appears to be a viable technique for tracking acoustic marks but is dependent on the dimensions adopted in the blocks. Regarding optical flow techniques, the Lucas and Kanade Pyramidal algorithm is the one which gets the best results in the tests performed herein and produce global strain curves average error of 0.47 %, while the error values of the other optical flow algorithms are around 10 %. In case, the block matching time-delay estimators errors vary from 1% to 16%.
Descrição: ALMEIDA, T. M. Análise comparativa de técnicas de rastreamento de marcas acústicas em imagens de ecocardiografia. 2012. 78 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/5070
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