J 2023

Automatic tractography and segmentation using finsler geometry based on higher-order tensor fields

BANSAL, Avinash, Sumit KAUSHIK, Temesgen Tsegaye BIHONEGN a Jan SLOVÁK

Základní údaje

Originální název

Automatic tractography and segmentation using finsler geometry based on higher-order tensor fields

Autoři

BANSAL, Avinash (356 Indie, domácí), Sumit KAUSHIK (356 Indie), Temesgen Tsegaye BIHONEGN (231 Etiopie, domácí) a Jan SLOVÁK (203 Česká republika, garant, domácí)

Vydání

Computer Methods and Programs in Biomedicine, Clare, Elsevier Ireland Ltd. 2023, 0169-2607

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10101 Pure mathematics

Stát vydavatele

Irsko

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 6.100 v roce 2022

Kód RIV

RIV/00216224:14310/23:00131278

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

UT WoS

001022497700001

Klíčová slova anglicky

HARDI; Tractography; Segmentation; HOT inversion; Finsler geometry; White matter structure

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 4. 4. 2024 17:02, Mgr. Marie Šípková, DiS.

Anotace

V originále

Background and objective: We focus on three-dimensional higher-order tensorial (HOT) images using Finsler geometry. In biomedical image analysis, these images are widely used, and they are based on the diffusion profiles inside the voxels. The diffusion information is stored in the so-called diffusion tensor D . Our objective is to present new methods revealing the architecture of neural fibers in presence of cross-ings and high curvatures. After tracking the fibers, we achieve direct 3D image segmentation to analyse the brain's white matter structures. Methods: To deal with the construction of the underlying fibers, the inverse of the second-order diffusion tensor D , understood as the metric tensor D -1, is commonly used in DTI modality. For crossing and highly curved fibers, higher order tensors are more relevant, but it is challenging to find an analogue of such an inverse in the HOT case. We employ an innovative approach to metrics based on higher order tensors to track the fibers properly. We propose to feed the tracked fibers as the internal initial contours in an efficient version of 3D segmentation. Results: We propose a brand-new approach to the inversion of a diffusion HOT, and an effective way of fiber tracking in the Finsler setting, based on innovative classification of the individual voxels. Thus, we can handle complex structures with high curvatures and crossings, even in the presence of noise. Based on our novel tractog-raphy approach, we also introduce a new segmentation method. We feed the detected fibers as the initial position of the contour surfaces to segment the image using a relevant active contour method (i.e., initi-ating the segmentation from inside the structures). Conclusions: This is a pilot work, enhancing methods for fiber tracking and segmentation. The implemented algorithms were successfully tested on both syn-thetic and real data. The new features make our algorithms robust and fast, and they allow distinguishing individual objects in complex structures, even under noise.

Návaznosti

EF19_073/0016943, projekt VaV
Název: Interní grantová agentura Masarykovy univerzity
GA20-11473S, projekt VaV
Název: Symetrie a invariance v analýze, geometrickém modelování a teorii optimálního řízení
Investor: Grantová agentura ČR, Symetrie a invariance v analýze, geometrickém modelování a teorii optimálního řízení
MUNI/A/1092/2021, interní kód MU
Název: Specifický výzkum v odborné a učitelské matematice 2022 (Akronym: SV matematika 2022)
Investor: Masarykova univerzita, Specifický výzkum v odborné a učitelské matematice 2022
MUNI/A/1099/2022, interní kód MU
Název: Specifický výzkum v odborné a učitelské matematice 2023
Investor: Masarykova univerzita, Specifický výzkum v odborné a učitelské matematice 2023