Araştırma Makalesi

Beyin Bilgisayarlı Tomografi Görüntülerinde Derin Öğrenme Tabanlı İskemik İnme Hastalığı Segmentasyonu

Sayı: 50 30 Nisan 2023
PDF İndir
TR EN

Beyin Bilgisayarlı Tomografi Görüntülerinde Derin Öğrenme Tabanlı İskemik İnme Hastalığı Segmentasyonu

Öz

İnme, beyindeki işlevlerin doğru şekilde yerine getirilmesini engelleyen ve kan akışı eksikliği (iskemik) ya da kanama (hemorajik) gibi nedenlerle ortaya çıkan beyin hücre ölümüdür. İskemik inme, kan akışının beyin bölgelerine akmasını önleyen serebrovasküler sistemdeki bir tıkanıklık nedeniyle ortaya çıkan yaygın bir inme türüdür. İnme değerlendirmesinde sıklıkla Bilgisayarlı Tomografi (BT) taraması kullanılmaktadır ve BT görüntüleriyle iskemik inmenin hızlı ve doğru teşhisi, uygun tedavinin belirlenmesi için kritik öneme sahiptir. Uzmanların yoğun programları ve sağlık tesislerine başvuran çok sayıda hastanın olması gibi çeşitli faktörler nedeniyle iskemik inmenin manuel teşhisi hataya açık olabilmektedir. Bu nedenle, bu makalede, BT görüntüleri üzerinden segmentasyon yoluyla iskemik inmeyi otomatik olarak teşhis etmek için derin öğrenme tabanlı bir arayüz geliştirilmiş; bu sayede uzmanların teşhis süresi ve iş yükünün azaltılması hedeflenmiştir. Iskemik inme segmentasyonunda otomatik özellik çıkarımını sağlayan Evrişimli Sinir Ağları (CNN'ler), BT görüntülerindeki hastalıklı bölgeleri işaretlemek için kullanılmıştır. U-Net, U-Net VGG16, U-Net VGG19, Attention U-Net ve ResU-Net gibi CNN tabanlı mimariler, iskemik inme hastalığı segmentasyonunu karşılaştırmak için kullanılmıştır. ResU-Net, segmentasyon performansını daha da artırmak için mimarinin son katmanından sonra bir genişletme evrişim katmanı eklenerek modifiye edilmiştir. Ek olarak, iskemik inme hastalığı bölgesi için gerçek referans değerleri de içeren veri setindeki görüntü sayısını artırmak için veri artırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlara dayanarak, genişletme evrişimli olarak modifiye edilmiş ResU-Net, zar benzerlik katsayısı (DSC) ve Jaccard benzerlik katsayısı (IoU) açısından sırasıyla 98,45 % ve 96,95 % ile en yüksek performansı sağlamıştır. Deneysel sonuçlar, modifiye edilmiş ResU-Net mimarisinin iskemik inme hastalığı segmentasyonu için modern yaklaşımlardan daha iyi performans sergilediğini göstermektedir. Ayrıca modifiye edilmiş mimari, iskemik inme bölgesini segmente ederek hastalığın teşhisinde uzmanlara destek sağlayabilen yeni bir masaüstü uygulaması olan BrainSeg'e entegre edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Destekleyen Kurum

TUBITAK (2209-A University Students Research Projects Support Program)

Proje Numarası

1919B012206384

Kaynakça

  1. Abdulkareem, K. H., Mohammed, M. A., Salim, A., Arif, M., Geman, O., Gupta, D., & Khanna, A. (2021). Realizing an effective COVID-19 diagnosis system based on machine learning and IOT in smart hospital environment. IEEE Internet of things journal, 8(21), 15919-15928.
  2. Agrali, M., Soydemir, M. U., Gökçen, A., & Sahin, S. (2021). Deep Reinforcement Learning Based Controller Design for Model of The Vertical Take off and Landing System. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 26, 358-363.
  3. Ağralı, M., Kilic, V., Onan, A., Koç, E. M., Koç, A. M., Büyüktoka, R. E., . . . Adıbelli, Z. (2023). DeepChestNet: Artificial intelligence approach for COVID-19 detection on computed tomography images. International Journal of Imaging Systems and Technology, 1-13.
  4. Akosman, Ş. A., Öktem, M., Moral, Ö. T., & Kılıç, V. (2021). Deep Learning-based Semantic Segmentation for Crack Detection on Marbles. Paper presented at the 2021 29th Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU).
  5. Aljohani, A., & Alharbe, N. (2022). Generating Synthetic Images for Healthcare with Novel Deep Pix2Pix GAN. Electronics, 11(21), 3470.
  6. Aydın, S., Çaylı, Ö., Kılıç, V., & Onan, A. (2022). Sequence-to-sequence video captioning with residual connected gated recurrent units. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 35, 380-386.
  7. Castiglioni, I., Rundo, L., Codari, M., Di Leo, G., Salvatore, C., Interlenghi, M., . . . Sardanelli, F. (2021). AI applications to medical images: From machine learning to deep learning. Physica Medica, 83, 9-24.
  8. Çaylı, Ö., Kılıç, V., Onan, A., & Wang, W. (2022). Auxiliary Classifier based Residual RNN for Image Captioning. Paper presented at the 2022 30th European Signal Processing Conference (EUSIPCO).

Ayrıntılar

Birincil Dil

İngilizce

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Erken Görünüm Tarihi

2 Mayıs 2023

Yayımlanma Tarihi

30 Nisan 2023

Gönderilme Tarihi

1 Mart 2023

Kabul Tarihi

25 Mart 2023

Yayımlandığı Sayı

Yıl 1970 Sayı: 50

Kaynak Göster

APA
Uçkun, S., Ağralı, M., & Kılıç, V. (2023). Deep Learning-Based Ischemic Stroke Segmentation on Brain Computed Tomography Images. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 50, 105-112. https://doi.org/10.31590/ejosat.1258247

Cited By