Localization of biopsy needles in 2D ultrasound images using gabor filter

Ultrason görüntülerinin düşük çözünürlüğü ve görüntülerdeki yapay olgular, biyopsi uygulamalarında iğne lokalizasyonu zorlaştırmaktadır. Ancak, görüntü işleme kullanarak iğneyi ve ucunu belirlemek mümkündür. Bu çalışmada, 2B ultrason görüntülerinde iğne ucunu tespit etmek için Gabor filtresi tabanlı bir özgün iğne lokalizasyon metodu önerilmektedir. Bu metot iğne ana hatlarını artırırken, diğer yapıları sönümlemektedir. Bu metot iki aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada, Gabor filtresi görüntüye uygulanır ve iğnenin ultrason düzlemine giriş açısı tahmin edilir ve iğnenin yörüngesi RANSAC kullanılarak bulunur. İkinci aşamada, Gabor filtresi tekrar görüntüye uygulanır ve iğne ucunun lokasyonu olasılık haritası tahmin edilir. Bu çalışma ayrıca Otsu ikileştirme yöntemin eşik değeri için otomatik parametre ayarlanma metodu sunmaktadır. İğne ucu ultrason görüntülerinde önerilen lokalizasyon metodu ile gerçek zamanda lokalize edilmiştir ve tahmin gürültüsü Kalman filtresi kullanılarak azaltılmıştır. Önerilen metodu gerçek zamanda çalıştırmak için kutu paketleme yöntemi kullanıldı ve işlem süresi GPU kullanılmadan %56 azaltılmıştır. Ayrıca, Kalman filtresinin hassasiyetini doku deformasyonu ve ultrason görüntü düzlemi ile iğne eksenin hizasının bozulma durumlarında test etmek için iğne ucu takip simülasyonu sunulmaktadır. İğne ucu ayrıca önerilen lokalizyon metodu ile gerçek zamanda lokalize edildi ve tahmin gürültüsü Kalman filitresi kullanılarak azaltılmıştır. Önerilen metodu gerçek zamanda çalıştırmak için, kutu paketleme yöntemi kullanıldı ve işlem süresi %56 GPU kullanılmadan düşürülmüştür. Ayrıca, Kalman filitresinin hassasiyetinin doku deformasyonu ve hatalı hizalama durumlarında test etmek için bir iğne takip simülasyonu sunulmuştur. Önerilen iğne lokalizasyon metodu dört farklı türde fantomda ve su ortamında test edilmiştir. Lokalizasyon metodunun hassasiyeti optik takip sistemi ile ölçülmüştür. İğne giriş açısındaki kök ortalama kare hatası 2.29° ve iğne ucunun pozisyon kök ortalama kare hatası 1.17 mm olarak ölçülmüştür. Deney sonuçları önerilen lokalizasyon metodunun ultrason görüntü rehberliğinde yapılan deri altı biyopsi uygulamalarında kullanılabileceğini göstermiştir.