×

医学成像应用中的多值数据。 (英语) Zbl 1512.92040号

Grohs,Philipp(ed.)等人,《非线性几何数据变分方法手册》。查姆:斯普林格。613-647 (2020).
摘要:过去十年,人们对如何处理大型且往往是非结构化数据进行了大量研究。然而,人们往往忽视了这样一个事实,即今天大量的数据实际上是结构化的,特别是当我们考虑测量数据时。这一事实的原因是,传感器要么直接记录结构化数据,例如物体姿态,要么用于记录特定类型的数据,即人类心脏的磁共振图像。在这两种情况下,测量数据都受到物理或生理约束,导致测量数据具有多种结构。在本章中,我们广泛使用了这一观察结果,并讨论了医学成像领域中的几个应用。我们简要讨论了这些问题的一般数学结构,并阐述了为什么最近提出的流形值正则化子公式适用于它们。我们描述所使用的数值格式,以便为关注应用的读者提供流形值正则化技术的指南。此外,我们还讨论了三个完全不相交的应用:三维徒手超声合成中位姿信号的正则化,磁共振成像测量的扩散张量的估计和正则化,以及形状信号的估计和正规化。最后,我们讨论可能的扩展。
关于整个系列,请参见[Zbl 07115003号].

MSC公司:

92 C55 生物医学成像和信号处理

关键词:

医学成像

软件:

卡米诺
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Afsham,N.,Khallaghi,S.,Najafi,M.,Machan,L.,Chang,S.D.,Goldenberg,L..,Black,P.,Rohling,R.,Abolmaesumi,P.:基于滤镜的散斑追踪用于徒手前列腺活检:理论、体内外结果。摘自:计算机辅助干预信息处理国际会议,第256-265页。施普林格,纽约(2014)
[2] 亚历山大,哥伦比亚特区:《扩散MRI的多纤维重建算法》,纽约科学院年鉴。科学。1064(1), 113-133 (2005) ·doi:10.1196/annals.1340.018
[3] Alexander,A.L.,Hasan,K.M.,Lazar,M.,Tsuruda,J.S.,Parker,D.L.:扩散张量MRI中的部分体积效应分析。Reson公司。Med.45(5),770-780(2001)·doi:10.1002/mrm.1105
[4] Alexander,D.C.,Barker,G.J.,Arridge,S.R.:人脑数据中非高斯表观扩散系数分布的检测和建模。Magn.公司。Reson公司。医学48(2),331-340(2002)·doi:10.1002每分钟10209
[5] Arsigny,V.,Fillard,P.,Pennec,X.,Ayache,N.:对数核素框架中张量的快速简单计算。摘自:医学图像计算和计算机辅助干预(MICCAI),第115-122页。柏林施普林格出版社(2005)
[6] Arsigny,V.,Fillard,P.,Pennec,X.,Ayache,N.:扩散张量快速简单计算的对数核素度量。Magn.公司。Reson公司。医学56(2),411-421(2006)·doi:10.1002/mrm.20965年
[7] 巴查克,M.:计算哈达玛空间中的中位数和平均数。SIAM J.Optim公司。24(3), 1542-1566 (2014) ·Zbl 1306.49046号 ·数字对象标识代码:10.1137/140953393
[8] Bacák,M.,Bergmann,R.,Steidl,G.,Weinmann,A.:用于恢复流形值图像的二阶非光滑变分模型。SIAM J.科学。计算。38(1),A567-A597(2016)·Zbl 1382.94007号 ·数字对象标识码:10.1137/15M101988X
[9] Bao,L.J.,Zhu,Y.M.,Liu,W.Y.,Croisille,P.,Pu,Z.B.,Robini,M.,Magnin,I.E.:使用稀疏表示与分割相结合的方法去噪人类心脏扩散张量磁共振图像。物理学。医学生物学。54(6), 1435 (2009) ·doi:10.1088/0031-9155/54/6/004
[10] Barmpoutis,A.,Vemuri,B.,Shepherd,T.,Forder,J.:用于DT-MRI插值和近似的张量样条及其在分离大鼠海马分割中的应用。IEEE传输。医学成像26(11),1537-1546(2007)·doi:10.1109/TMI.2007.903195
[11] Basu,S.,Fletcher,T.,Whitaker,R.:弥散张量MRI中的Rician噪声去除。收录:《医学图像计算和计算机辅助干预》(MICCAI),第4190卷,第117-125页。柏林施普林格出版社(2006)
[12] Bauer,M.、Bruveris,M.和Michor,P.W.:形状空间和微分同胚群的几何概述。数学杂志。成像视力50(1-2),60-97(2014)·Zbl 1310.58005号 ·doi:10.1007/s10851-013-0490-z
[13] Baumgartner,C.、Michailovich,O.、Levitt,J.、Pasternak,O.,Bouix,S.、Westin,C.-F.、Rathi,Y.:用于比较临床扫描扩散模型的统一肌束成像框架。In:MICCAI的计算扩散MRI研讨会,尼斯,第27-32页(2012年)
[14] Baust,M.,Yezzi,A.J.,Unal,G.,Navab,N.:极地活动轮廓的Sobolev型度量。摘自:IEEE计算机视觉和模式识别会议(CVPR)(2011年)·Zbl 1255.68205号
[15] Baust,M.,Demaret,L.,Storath,M.,Navab,N.,Weinmann,A.:形状信号的总变化正则化。摘自:IEEE计算机视觉和模式识别会议记录,第2075-2083页(2015)
[16] Baust,M.、Weinmann,A.、Wieczorek,M.,Lasser,T.、Storath,M.和Navab,N.:基于黎曼流形方法的扩散张量成像中的组合张量拟合和TV正则化。IEEE传输。医学成像35(8),1972-1989(2016)·doi:10.1109/TMI.2016.2528820
[17] Belta,C.,Kumar,V.:SE上运动生成的欧几里德度量(3)。程序。仪器机械。工程师C J.机械。工程科学。216(1), 47-60 (2002) ·doi:10.1243/0954406021524909
[18] Bergmann,R.,Laus,F.,Steidl,G.,Weinmann,A.:循环数据的二阶差异及其在变分去噪中的应用。SIAM J.图像。科学。7(4), 2916-2953 (2014) ·Zbl 1309.65022号 ·数字对象标识代码:10.1137/140969993
[19] Bertsekas,D.:大规模凸优化的增量近似方法。数学。程序。129, 163-195 (2011) ·兹比尔1229.90121 ·doi:10.1007/s10107-011-0472-0
[20] Bredies,K.、Holler,M.、Storath,M.和Weinmann,A.:流形值数据的总广义变分。SIAM J.图像。科学。11(3), 1785-1848 (2018) ·Zbl 1401.94010号 ·doi:10.137/17M1147597
[21] Brubaker,M.、Salzmann,M.和Urtasun,R.:隐式定义流形上的mcmc方法家族。摘自:《人工智能与统计》,第161-172页(2012年)
[22] Castaño Moraga,C.A.,Westin,C.-F.,Ruiz-Alzola,J.:DT-MRI场的同态滤波。收录于:Ellis,R.E.,Peters,T.M.,《医学图像计算和计算机辅助干预(MICCAI)》,《计算机科学讲义》,第2879卷,第990-991页。柏林施普林格出版社(2003)
[23] Castaño Moraga,C.A.,Lenglet,C.,Deriche,R.,Ruiz-Alzola,J.:张量场各向异性滤波的黎曼方法。信号处理。87(2), 263-276 (2007) ·Zbl 1186.94077号 ·doi:10.1016/j.sigpro.2006.02.049
[24] Chambolle,A.:Mumford-Shah泛函的有限差分离散。ESAIM数学。模型。数字。分析。33(2), 261-288 (1999) ·Zbl 0947.65076号 ·doi:10.1051/m2an:199115
[25] Chan,T.,Vese,L.:无边缘的活动轮廓。IEEE传输。图像处理。10(2), 266-277 (2001) ·Zbl 1039.68779号 ·数字对象标识代码:10.1109/83.902291
[26] Cheeger,J.,Ebin,D.:黎曼几何中的比较定理,第9卷。荷兰北部,阿姆斯特丹(1975年)·Zbl 0309.53035号
[27] Chefd’hotel,C.,Tschumperlé,D.,Deriche,R.,Faugeras,O.:矩阵值函数的约束流:扩散张量正则化的应用。摘自:《欧洲计算机视觉会议记录》,第251-265页(2002年)·Zbl 1034.68585号
[28] Chefd'hotel,C.,Tschumpellé,D.,Deriche,R.,Faugeras,O.:约束矩阵值图像的正则化流。数学杂志。成像视觉20(1-2),147-162(2004)·Zbl 1366.94049号 ·doi:10.1023/B:JMIV.0000011324.14508.fb
[29] Cheng,G.,Salehian,H.,Vemuri,B.C.:计算平均扩散张量的高效递归算法及其在DTI分割中的应用。摘自:《欧洲计算机视觉会议记录》,第390-401页。柏林施普林格出版社(2012)
[30] Cook,P.,Bai,Y.,Nedjati-Gilani,S.,Seunarine,K.,Hall,M.,Parker,G.,Alexander,D.:Camino:开源扩散MRI重建和处理。摘自:国际医学磁共振学会第14届科学会议,第2759页(2006年)
[31] Cootes,T.F.,Taylor,C.J.,Cooper,D.H.,Graham,J.:主动形状模型——它们的训练和应用。计算。视觉。图像理解。61(1), 38-59 (1995) ·doi:10.1006/cviu.1995.1004
[32] Descoteaux,M.、Angelino,E.、Fitzgibbons,S.、Deriche,R.:正则化、快速和稳健的分析Q-ball成像。Magn.公司。Reson公司。医学58(3),497-510(2007)·doi:10.1002/mrm.21277
[33] Dryden,I.,Mardia,K.:统计形状分析(1998)·Zbl 0901.62072号
[34] Enayati,N.,De Momi,E.,Ferrigno,G.:一种基于四元数的无迹卡尔曼滤波器,用于计算机辅助手术中的鲁棒光学/惯性运动跟踪。IEEE传输。仪器。测量。64(8), 2291-2301 (2015) ·doi:10.1109/TIM.2015.2390832
[35] Esposito,M.、Hennersperger,C.、Göbl,R.、Demaret,L.、Storath,M.,Navab,N.、Baust,M.和Weinmann,A.:姿势信号的全变差正则化及其在3D徒手超声中的应用。IEEE传输。医学成像38(10),2245-2258(2019)·doi:10.1109/TMI.2019.2898480
[36] Fillard,P.、Pennec,X.、Arsigny,V.、Ayache,N.:临床DT-MRI估计、平滑和对数核素指标纤维追踪。IEEE传输。医学成像26(11),1472-1482(2007)·doi:10.1109/TMI.2007.899173
[37] Fletcher,T.P.:大地测量回归和黎曼流形上的最小二乘理论。国际期刊计算。视觉。105(2), 171-185 (2013) ·Zbl 1304.62092号 ·doi:10.1007/s11263-012-0591-y
[38] Frank,L.R.:高角度分辨率扩散加权MRI各向异性特征。Reson公司。医学47(6),1083-1099(2002)·doi:10.1002/mrm.10156
[39] Goh,A.,Lenglet,C.,Thompson,P.M.,Vidal,R.:处理高角度分辨率扩散图像的非参数黎曼框架及其在基于ODF的形态测量中的应用。《神经影像》56(3),1181-1201(2011)·doi:10.1016/j.neuroimage.2011.01.053
[40] Gur,Y.,Sochen,N.:快速不变黎曼DT-MRI正则化。摘自:IEEE计算机视觉国际会议(ICCV)论文集,第1-7页(2007年)
[41] Heimann,T.,Meinzer,H.-P.:三维医学图像分割的统计形状模型:综述。医学图像分析。13(4), 543-563 (2009) ·doi:10.1016/j.media.2009.05.004
[42] Hess,C.P.,Mukherjee,P.,Han,E.T.,Xu,D.,Vigneron,D.B.:使用球谐基对多模光纤定向进行Q-ball重建。Magn.公司。Reson公司。医学56(1),104-117(2006)·doi:10.1002/mrm.20931年
[43] Huber,P.J.:位置参数的稳健估计。安。数学。《美国联邦法律大全》第35(1)卷,第73-101页(1964年)·兹伯利0136.39805 ·doi:10.1214/aoms/1177703732
[44] Jansons,K.M.,Alexander,D.C.:持续角结构:扩散磁共振成像数据的新见解。反向探头。19(5), 1031-1046 (2003) ·Zbl 1046.92033号 ·doi:10.1088/0266-5611/19/5/303
[45] Kendall,D.G.:形状流形、普鲁斯特度量和复投影空间。牛市。伦敦。数学。Soc.16(2),81-121(1984)·Zbl 0579.62100号 ·doi:10.1112/blms/16.281
[46] Koay,C.,Basser,P.:从噪声幅度磁共振信号中提取信号的解析精确校正方案。J.马格纳。Reson公司。179(2), 317-322 (2006) ·doi:10.1016/j.jmr.2006.01.016
[47] Koay,C.G.,Chang,L.C.,Carew,J.D.,Pierpaoli,C.,Basser,P.J.:扩散张量成像中最小二乘估计方法的统一理论和算法框架。J.马格纳。Reson公司。182(1), 115-125 (2006) ·doi:10.1016/j.jmr.2006.06.020
[48] Kortier,H.G.,Antonsson,J.,Schepers,H.M.,Gustafsson,F.,Veltink,P.H.:通过永久磁铁辅助的惯性和磁感测融合进行手位估计。IEEE传输。神经系统。Rehabil.Eng.23(5),796-806(2015)·doi:10.1109/TNSRE.2014.2357579
[49] Kwon,K.、Kim,D.、Kim、S.、Park,I.、Jeong,J.、Kim和T.、Hong,C.、Han,B.:使用连续Fermat中值滤波方法对DT-MR图像进行正则化。物理学。医学生物学。53(10),2523(2008)·doi:10.1088/0031-9155/53/10/005
[50] Lang,A.,Mousavi,P.,Fichtinger,G.,Abolmaesumi,P.:使用无味卡尔曼滤波器将电磁跟踪与斑点跟踪3D徒手超声融合。收录于:《医学成像2009:超声成像和信号处理》,第7265卷,第72651A页。国际光学与光子学学会(2009)
[51] Lugez,E.、Sadjadi,H.、Joshi,C.P.、Akl,S.G.和Fichtinger,G.:改进导管路径重建的电磁跟踪,应用于高剂量近距离放射治疗。国际期刊计算。协助。无线电。外科学12(4),681-689(2017)·doi:10.1007/s11548-017-1534-4
[52] Luo,J.,Zhu,Y.,Magnin,I.E.:通过平均重建图像去噪:在磁共振图像中的应用。IEEE传输。生物识别。工程56(3),666-674(2009)·doi:10.1109/TBME.2009.2012256
[53] Michor,P.W.,Mumford,D.:平面曲线空间上的黎曼几何。《欧洲数学杂志》。Soc.(JEMS)8,1-48(2003)·Zbl 1101.58005号
[54] Moakher,M.:旋转组中的平均值和平均值。SIAM J.矩阵分析。申请。24(1), 1-16 (2002) ·Zbl 1028.47014号 ·doi:10.1137/S0895479801383877
[55] Mumford,D.,Shah,J.:分段光滑函数和相关变分问题的最佳逼近。Commun公司。纯应用程序。数学。42(5), 577-685 (1989) ·Zbl 0691.49036号 ·doi:10.1002/cpa.3160420503
[56] Neji,R.、Azzabou,N.、Paragios,N.和Fleury,G.:DTI估计和正则化的凸半定正框架。摘自:《计算机科学讲义》,第4841卷,第220-229页。施普林格,柏林(2007)
[57] Øzarslan,E.,Mareci,T.H.:广义扩散张量成像和扩散张量图像与高角度分辨率扩散成像之间的分析关系。Magn.公司。Reson公司。医学50(5),955-965(2003)·数字对象标识代码:10.1002/mrm.10596
[58] Park,F.C.,Brockett,R.W.:机器人机构的运动灵活性。国际J机器人。第13(1)号决议,1-15(1994)·doi:10.1177/027836499401301
[59] Pasternak,O.,Sochen,N.,Assaf,Y.:多重扩散张量场的变分正则化。Weickert,J.,Hagen,H.,《张量场的可视化和处理,数学和可视化》,第165-176页。柏林施普林格出版社(2006)
[60] Pasternak,O.,Assaf,Y.,Intrator,N.,Sochen,N.:光纤模糊扩散加权磁共振成像体素的可变多传感器拟合。Magn.公司。Reson公司。成像26(8),1133-1144(2008)·doi:10.1016/j.mri.2008.01.006
[61] Pennec,X.,Fillard,P.,Ayache,N.:张量计算的黎曼框架。国际期刊计算。视觉。66, 41-66 (2006) ·Zbl 1287.53031号 ·doi:10.1007/s11263-005-3222-z
[62] Pock,T.,Chambolle,A.:凸优化中一阶原对偶算法的对角线预处理。摘自:IEEE国际计算机视觉会议(ICCV),第1762-1769页。IEEE,皮斯卡塔韦(2011)
[63] Raguet,H.,Fadili,J.,Peyré,G.:广义前向-后向分裂。SIAM J.图像。科学。6(3), 1199-1226 (2013) ·Zbl 1296.47109号 ·doi:10.1137/120872802
[64] Rupprecht,C.、Huaroc,E.、Baust,M.、Navab,N.:《深层活动轮廓》(2016)。ArXiv预打印ArXiv:1607.05074
[65] Sadjadi,H.、Hashtrudi-Zaad,K.、Fichtinger,G.:动态场畸变补偿的同步电磁跟踪和校准。IEEE传输。生物识别。工程63(8),1771-1781(2016)·doi:10.10109/TBME2015.2502138
[66] Sen,H.T.和Kazanzides,P.:贝叶斯滤波,以提高电磁跟踪的动态精度。2013年IEEE机器人和传感器环境国际研讨会(ROSE),第90-95页。IEEE,皮斯卡塔韦(2013)
[67] Sijbers,J.,den Dekker,A.J.,Schenders,P.,Van Dyck,D.:Rician分布参数的最大似然估计。IEEE传输。医学成像17(3),357-361(1998)·数字对象标识代码:10.1109/42.712125
[68] Srivastava,A.,Klassen,E.,Joshi,S.H.,Jermyn,I.H.:欧几里德空间中弹性曲线的形状分析。IEEE传输。模式分析。机器。智力。33(7), 1415-1428 (2010) ·doi:10.1109/TPAMI.2010.184
[69] Stefanoiu,A.,Weinmann,A.,Storath,M.,Navab,N.,Baust,M.:使用广义前向-后向算法进行联合分割和形状正则化。IEEE传输。图像处理。25(7), 3384-3394 (2016) ·Zbl 1408.94613号 ·doi:10.1109/TIP.2016.2567068
[70] Stejskal,E.,Tanner,J.:自旋扩散测量:存在时间相关场梯度的自旋回波。化学杂志。物理学。42(1), 288-292 (1965) ·数字对象标识代码:10.1063/1.1695690
[71] Storath,M.、Weinmann,A.、Frikel,J.、Unser,M.:使用Potts模型进行联合图像重建和分割。反向探头。31(2), 025003 (2015) ·Zbl 1342.94029号 ·doi:10.1088/0266-5611/31/2/025003
[72] Sundaramoorthi,G.,Yezzi,A.,Mennucci,A.:使用sobolev活动轮廓进行粗到细的分割和跟踪。IEEE传输。模式分析。机器。智力。30(5), 851-864 (2008) ·doi:10.1109/TPAMI.2007.70751
[73] Tournier,J.D.,Calamante,F.,Gadian,D.G.,Connelly,A.:使用球形反褶积从扩散加权MRI数据直接估计纤维方向密度函数。《神经影像》23(3),1176-1185(2004)·doi:10.1016/j.neuroimage.2004.07.037
[74] Tschumperlé,D.,Deriche,R.:保留约束的扩散张量正则化。载:《IEEE计算机视觉与模式识别会议论文集》,第I948-I953页(2001)
[75] Tschumperlé,D.,Deriche,R.:DT-MRI估计、正则化和可视化的变分框架。收录于:IEEE计算机视觉国际会议(ICCV),第116-121页(2003)
[76] Tschumperlé,D.,Deriche,R.:PDE张量场可视化及其在DT-MRI光纤可视化中的应用。In:变分和水平集方法研讨会(2003年)
[77] Tuch,D.S.:Q-球成像。Magn.公司。Reson公司。医学52(6),1358-1372(2004)·doi:10.1002/mrm.20279
[78] Tuch,D.S.、Reese,T.G.、Wiegell,M.R.、Makris,N.、Belliveau,J.W.、Wedeen,V.J.:高角度分辨率扩散成像揭示了血管内白质纤维的异质性。Magn.公司。Reson公司。医学48(4),577-582(2002)·doi:10.1002/mrm.10268
[79] Vaccarella,A.、De Momi,E.、Enquobahrie,A.和Ferrigno,G.:基于无中心卡尔曼滤波器的传感器融合,用于外科导航中的稳健光学和电磁跟踪。IEEE传输。仪器。测量。62(7),2067-2081(2013)·doi:10.1109/TIM.2013.2248304
[80] Wan,E.A.,Van Der Merwe,R.:非线性估计的无迹卡尔曼滤波器。2000年信号处理、通信和控制自适应系统研讨会。AS-SPCC。IEEE 2000,第153-158页。IEEE,皮斯卡塔韦(2000)
[81] Wang,Z.,Vemuri,B.C.,Chen,Y.,Mareci,T.H.:直接估计和平滑复DWI扩散张量场的约束变分原理。IEEE传输。医学成像23(8),930-939(2004)·doi:10.1109/TMI.2004.831218
[82] Weickert,J.,Hagen,H.:张量场的可视化和处理。施普林格,柏林(2006)·Zbl 1084.68135号 ·doi:10.1007/3-540-31272-2
[83] Weinmann,A.,Demaret,L.,Storath,M.:流形值数据的全变差正则化。SIAM J.图像。科学。7(4),2226-2257(2014)·Zbl 1309.65071号 ·数字对象标识代码:10.1137/130951075
[84] Weinmann,A.,Demaret,L.,Storath,M.:流形值数据的Mumford-Shah和Potts正则化。数学杂志。成像视觉55(3),428-445(2016)·Zbl 1344.49055号 ·doi:10.1007/s10851-015-0628-2
[85] Welk,M.、Weickert,J.、Becker,F.、Schnörr,C.、Feddern,C.、Burgeth,B.:张量值图像的中值和相关局部滤波器。信号处理。87(2), 291-308 (2007) ·Zbl 1186.94363号 ·doi:10.1016/j.sigpro.2005.12.013
[86] Xiao,Y.,Yan,C.X.B.,Drouin,S.,De Nigris,D.,Kochanowska,A.,Collins,D.L.:使用乐高积木和自动注册进行用户友好的徒手超声波校准。国际期刊计算。协助。无线电。外科学11(9),1703-1711(2016)·doi:10.1007/s11548-016-1368-5
[87] Zacur,E.,Bossa,M.,Olmos,S.:空间变换群上的左变黎曼测地线。SIAM J.图像。科学。7(3),1503-1557(2014)·Zbl 1308.58006号 ·doi:10.1137/130928352
[88] 泽弗兰,M。
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配,并且可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。