Zakład Elektroniki Medycznej

Przetwarzanie obrazów

Prace w tej dziedzinie dotyczą analizy obrazów biomedycznych, w tym segmentacji tekstur. Narzędziami wykorzystywanymi w tych badaniach są między innymi sieci synchronicznych oscylatorów oraz sieci neuronowe komórkowe.

• Sieci synchronicznych oscylatorów :: Synchronised oscillator network
• Analiza obrazów biomedycznych :: Analysis of biomedical images
• Wykorzystanie sieci neuronowych komórkowych do rekonstrukcji naturalnych tekstur wizualnych
• Program do komputerowej analizy obrazów rentgenowskich ziaren pszenicy
• Literatura

Przetwarzanie sygnałów

Prace związane z tematyką przetwarzania sygnałów koncentrują się głównie na modelowaniu i analizie sygnału elektrokardiograficznego (EKG). Ostatnio wykonywane badania i opracowane urządzenia to:

• Metoda poprawy jakości sygnału EKG przez filtrację szerokopasmowych zakłóceń
• Metoda detekcji oraz ilościowej oceny zaburzeń repolaryzacji komór serca
• Metoda nieliniowej dekompozycji wielorozdzielczej sygnału EKG
• Generator sygnału analogowego EKG (BIT-BEAT)

Systemy sztucznej inteligencji

• Konstruktywny schemat uczenia sztucznej sieci neuronowej z ortogonalizacją bazy aproksymującej
• Analogowo-cyfrowa sieć neuronowa do identyfikacji parametrów układów dynamicznych
• Sieci neuronowe komórkowe: efektywne narzędzia przetwarzania informacji obrazowej

"Projekt i badania prototypu mobilnego systemu wspomagania osoby niewidomej w samodzielnym poruszaniu się w terenie miejskim z wykorzystaniem obrazowania dźwiękowego otoczenia, systemu nawigacji satelitarnej i mapy elektronicznej miasta"

Grant KBN 2007-2010

Kierownik: prof. dr hab. inż. Andrzej Materka
Wykonawcy: dr hab. P. Strumiłło, dr inż. P. Pełczyński, dr inż. Piotr Wasilewski, mgr inż. Dariusz Rzeszotarski, mgr inż. Piotr Skulimowski, mgr inż. Michał Pec, mgr inż. Michał Bujacz, mgr inż. Bartosz Ostrowski, mgr inż. Remigiusz Danych, mgr inż. Tomasz Świątczak, mgr inż. Przemysław Barański, mgr inż. Marcin Morański

Z raportu Unii Europejskiej wynika, że na każdych 1000 mieszkańców Europy przypada ok. 4 niewidomych lub słabowidzących. Wśród osób starszych liczba osób o tej niepełnosprawności potraja się z każdym dziesięcioleciem ich życia. W Polsce liczba inwalidów wzroku wynosi ok. 80 tys.

Celem projektu jest opracowanie prototypu mobilnego systemu wspomagającego osobę niewidomą w samodzielnym poruszaniu się oraz nawigacji w środowisku miejskim. Idea planowanego systemu polega na informacyjnej integracji obecnie rozwijanego w Instytucie Elektroniki PŁ systemu ostrzegania o przeszkodach z systemem teleinformatycznym bazującym na module nawigacji satelitarnej GPS i infrastrukturze informacyjnej miasta (System informacji o terenie dla miasta Łodzi).

"Zintegrowany system wspomagający osobę niewidomą, z dźwiękowym interfejsem użytkownika"

Kierownik: dr hab. P. Strumiłło
Wykonawca: dr inż. P. Pełczyński, dr hab. B. Więcek

Grant KBN 2004-2006

Celem projektu jest opracowanie prototypu przenośnego, elektronicznego systemu wspomagającego osobę niewidomą. System będzie się składał z urządzenia umożliwiającego zdalną (bezdotykową) percepcję otoczenia oraz z tzw. "elektronicznego asystenta". Opracowane zostaną metody akwizycji ruchomych scen trójwymiarowych i ich niewizualnej prezentacji osobie niewidomej. Konstruowany system zostanie wyposażony w możliwość komunikacji z innymi urządzeniami elektronicznymi (telefon komórkowy, odbiornik GPS). W skład systemu będą wchodzić następujące elementy:

• "elektroniczny asystent" osoby niewidomej, skupiający funkcję jednostki przechowującej dane użytkownika, udźwiękowionego notatnika, dyktafonu, oraz przeglądarki internetowej,
• układ do akwizycji obrazu z otoczenia, współpracujący z "elektronicznym asystentem", złożony z dwóch kamer, systemu selekcji informacji do udźwiękowienia i systemu prezentacji dźwiękowej w technice 3D-audio,
• specjalnie konstruowane czujniki i medyczne urządzenia pomiarowe wyposażone w standardowe porty komunikacyjne.

Istotnym etapem projektu jest opracowanie metody dźwiękowego kodowania obiektów sceny trójwymiarowej i testy prototypu systemu do "dźwiękowego obrazowania" otoczenia oraz testy układu "elektronicznego asystenta" z udziałem osób niewidomych i słabo widzących.

"Realizacja układowa CMOS VLSI sieci synchronicznych oscylatorów dla celów segmentacji obrazów binarnych"

Kierownik: dr Michał Strzelecki
Wykonawca: dr Jacek Kowalski

Grant KBN 2003-2005

Celem projektu jest zaprojektowanie i realizacja układu scalonego CMOS VLSI zawierającego strukturę sieci synchronicznych oscylatorów, który będzie wykorzystany do segmentacji obrazów binarnych. Segmentacja z wykorzystaniem sieci oscylatorów jest oparta na teorii chwilowej korelacji, która próbuje wyjaśnić mechanizm analizy obrazów, jaki zachodzi w ludzkim mózgu. Segmentacja obrazów binarnych ma zastosowanie m.in. w analizie mikroskopowych obrazów tkanki skóry. Realizacja projektu będzie zawierała etap symulacji układowej sieci synchronicznych oscylatorów, projekt oraz testowanie struktury układu scalonego, jego realizację z wykorzystaniem konsorcjum Europractice oraz testowanie układu z wykorzystaniem karty interfejsu pomiędzy układem scalonym i komputerem PC. W wyniku projektu powstanie stanowisko do wstępnego przetwarzania i segmentacji obrazów binarnych, zawierające kartę z układem scalonym CMOS z zaimplementowaną strukturą sieci synchronicznych oscylatorów oraz komputera PC.
 

"Zastosowanie metod sztucznej inteligencji do wykrywania uszkodzeń w układach elektronicznych"

[grant promotorski]

Kierownik: dr inż. P. Strumiłło
Wykonawca: mgr inż. J. Koszlaga

Grant promotorski - 2004

W ostatnich latach obserwuje się duże zainteresowanie zagadnieniami testowania analogowych układów elektronicznych. Stały wzrost złożoności i skomplikowania tych układów wraz z coraz wyższymi wymaganiami co do ich niezawodności wiąże się z szeregiem nowych wyzwań technicznych - diagnostyka i testowanie jest jednym z nich. Projektowane obecnie układy elektroniczne zawierają dużą liczbę elementów. Modularna budowa, małe wymiary geometryczne i scalanie powoduje, że klasyczne metody badania laboratoryjnego za pomocą generatorów sygnałowych, mierników, oscyloskopów są niepraktyczne i nieekonomiczne. Pomimo szybkiego rozwoju systemów projektowania, produkcji podzespołów i układów elektronicznych, wiele zagadnień dotyczących standardów, metodyki i oprogramowania wspomagającego diagnostykę (m.in. z uwagi na złożoność tych zagadnień) pozostaje nierozwiązanych.

Nowym koncepcyjnie metody obejmującymi techniczną diagnostykę obiektów, m.in. układów elektronicznych, FDI (ang. Fault Detection and Isolation) jest zastosowanie metod sztucznej inteligencji, dzięki którym model uszkodzeń układu elektronicznego może być budowany bez potrzeby stosowania zapisu analitycznego. Jednym z takich rozwiązań, które zastosowano w proponowanym projekcie, jest zastosowanie sztucznych sieci neuronowych. Na podstawie przeprowadzonych badań wstępnych stwierdzono ich przydatność w zadaniach wykrywania i lokalizacji uszkodzeń w wybranych układach elektronicznych (filtrów aktywnych i wzmacniaczy). Ważną zaletą proponowanej w projekcie metody jest możliwość pozyskiwania wiedzy zakodowanej w parametrach zbudowanej sieci neuronowej. Opis zależności występujących pomiędzy symptomami a uszkodzeniami w postaci wiedzy regułowej pozwala na prostszą ich analizę, w wyniku której możliwe jest zbudowanie szybko działającego i skutecznego systemu diagnostycznego układów elektronicznych.
 

"Zastosowanie modelu deformowanlych pierścieni do analizy obrazów z endoskopu bezprzewodowego"

[badania własne]

Realizator: dr inż. P. Szczypiński

Okres realizacji: 2005

dr inż. Bartosz Kopczyński

Bartosz Kopczyński M.Sc.
Supervisor: Prof. Paweł Strumiłło Dr. Hab.

Research: Algorithms for computer based analysis of laryngovideostroboscopic images for supporting the objective diagnosis of disorders of the vocal fold's phonatory function uantitative assessment of videolaryngostroboscopic images in patients with glottic pathologies

Introduction. Digital imaging techniques enable exploration of novel visualisation modalities of the vocal folds during phonation and definition of parameters facilitating more precise diagnosis of voice disorders.

Aim. Application of computer vision algorithms for analysis of videolaryngostroboscopic (VLS) images aimed at qualitative and quantitative description of phonatory vibrations.

Więcej…
 
dr inż. Adam Sankowski

"Wyznaczenie parametrów drzew naczyń krwionośnych odwzorowanych w obrazach cyfrowych 3D rezonansu magnetycznego, z wykorzystaniem morfologii matematycznej"

Autor: dr inż. Adam Sankowski
Opiekun: prof. dr hab. Andrzej Materka
data obrony: grudzień 2014

Celem badań jest opracowanie algorytmu modelowania układu naczyń krwionośnych mózgu na podstawie obrazów trójwymiarowych rezonansu magnetycznego dużej rozdzielczości. Geometryczny model naczyń będzie stosowany do wizualizacji tętnic i żył oraz do wyznaczania ich ilościowego opisu parametrycznego. Oczekuje się, że obliczone parametry geometryczne naczyń (np. objętość gałęzi, czy parametry przekrojów poprzecznych) uzupełnią w sposób istotny wyniki badań medycznych i przyczynią się do bardziej obiektywnej i trafnej diagnozy medycznej. W niniejszym projekcie zakłada się wykorzystanie metod morfologii matematycznej do segmentacji obrazów.

Więcej…
 
dr inż. Michał Bujacz

"Reprezentacja scen trójwymiarowych przy użyciu dzwięków przestrzennych w urządzeniu wspomagającym osoby niewidome"

Autor: dr inż. Michał Bujacz
Opiekun: dr hab. P. Strumiłło, prof. PŁ
data obrony: kwiecień 2011

Celem projektu jest stworzenie urządzenia wspomagającego osoby niewidome w poruszaniu się i w życiu codziennym. Stworzony niedawno program symulujący pracę tego typu urządzenia przekładał odległości od przeszkód na stereofoniczne tony. Testy przeprowadzone na grupie ochotników wykazały potencjalną użyteczność proponowanych rozwiązań. Dalszym kierunkiem badań będzie tworzenie doskonalszych kodów dźwiękowych, wykorzystujących między innymi dźwięk 3D, oraz praktyczna realizacja symulowanych dotychczas zagadnień.

 
dr inż. Łukasz Kornatowski

"Zastosowanie sieci neuronowych komórkowych do generacji tekstur"

Autor: dr inż. Łukasz Kornatowski
Opiekun: dr inż. Krzysztof Ślot, prof. PŁ
data obrony: październik 2009

Rys. 1. Schemat generacji obrazu tekstury przez SNK

Potrzeba analizy i generacji tekstur występuje w zagadnieniach przetwarzania obrazów, w grafice komputerowej (synteza scen dwu i trójwymiarowych), oraz w obiektowych systemach kompresji obrazów i video, w których kompresja odbywa się poprzez wydzielanie obiektów, a następnie oddzielne kodowaniu kształtu, położenia i tekstury obiektu.
Więcej…
 
dr inż. Marek Goździk

"Wykorzystanie nieliniowych transformacji morfologicznych dla celów rozpoznawania obiektów zniekształconych w obrazach cyfrowych"

Autor: dr inż. Marek Goździk
Opiekun: dr hab. Krzysztof Ślot, prof. PŁ
data obrony: wrzesień 2009

Dynamiczny rozwój multimediów oraz wszelkiego rodzaju aplikacji korzystających z danych obrazowych potęguje wzrost wymagań dotyczących szybkości obliczeniowej oraz efektywności stawianych współczesnym technikom przetwarzania tego typu danych. Wymaga to doskonalenia technologii wykonania istniejących narzędzi, a także poszukiwania nowych rozwiązań. Kierunkiem rozwoju uważanym w obecnej chwili za bardzo istotny są równoległe struktury obliczeniowe. Za jednego z głównych przedstawicieli tej rodziny układów uważa się sieci neuronowe. Prace badawcze prowadzone w ramach przyszłego doktoratu mają na celu adaptację tego właśnie narzędzia dla potrzeb wybranych zadań aplikacyjnych przetwarzania obrazów, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień biometrycznych.
 
dr inż. Piotr Skulimowski

"Segmentacja i opis parametryczny obiektów w sekwencjach obrazów z ruchomego układu stereowizyjnego do celów dźwiękowej prezentacji sceny trójwymiarowej"
dr inż. Piotr Skulimowski
Opiekun: dr hab. Paweł Strumiłło
data obrony: wrzesień 2009

Zakres badań związany z doktoratem dotyczy problemu analizy i przetwarzania sekwencji barwnych obrazów sceny trójwymiarowej rejestrowanych przez ruchomy stereoskopowy układ kamer. Badania te są ukierunkowanie na opracowanie mobilnego układu wspomagającego osobę niewidomą w samodzielnym poruszaniu się.

Więcej...

"Opracowanie szybkich nieinwazyjnych sekwencji angiografii rezonansu magnetycznego do segmentacji oraz ilościowej analizy układu naczyń tętniczych i żylnych na obrazach 3D dużej rozdzielczości"
Polsko-niemiecki projekt badawczy 2007-2010

Koordynatorzy prac:

    prof. dr hab Andrzej Materka - Politechnika Łódzka, Instytut Elektroniki, Zakład Elektroniki Medycznej
    PD Dr. Jürgen R. Reichenbach - Friedrich Schiller University Jena, Institute for Diagnostic and Interventional Radiology, Medical Physics Group, Niemcy
    Professor MD PhD Arvid Lundervold - University of Bergen, Department of Biomedicin, Section of Physiology, Norwegia

Polscy realizatorzy projektu:

    dr hab. Michał Strzelecki, prof PŁ
    dr inż. Piotr Szczypiński
    dr inż Artur Klepaczko
    mgr inż. Marek Kociński

Celem projektu jest opracowanie sekwencji pomiarowych dla tomografu rezonansu magnetycznego umożliwiających jednoczesne zobrazowanie żył oraz arterii mózgowych bez użycia jakichkolwiek inwazyjnych środków cieniujących, a także metod segmentacji uzyskanych obrazów trójwymiarowych dużej rozdzielczości dla modelowania i ilościowej analizy sieci naczyń krwionośnych. Nowa sekwencja (opracowana przez zespół prof. J. Reichenbacha w Jenie) będzie połączeniem angiografii ToF (ang. time of flight) oraz zobrazowania zależnego od podatności magnetycznej SWI (ang. susceptibility weighted imaging). Połączenie tych dwóch różnych zjawisk fizycznych jest źródłem zwiększonego kontrastu obszarów reprezentujących żyły i arterie w obrazie. Ten kontrast ułatwi segmentację obrazów dla ilościowej analizy sieci arterii oraz żył, za pomocą algorytmów i programów komputerowych opracowanych przez zespół kierowany przez prof. A. Materkę w Łodzi. Dokładność opracowanych metod analizy i modeli sieci naczyń krwionośnych będzie oszacowana za pomocą obrazów 3D symulowanych komputerowo oraz zmierzonych dla odpowiednio zaprojektowanych obiektów testowych o znanych parameterach geometrycznych, przepływie i różnicy susceptancji składowych elementów stałych i płynnych. Pozwoli to na ocenę dokładności estymacji parametrów naczyń krwionośnych, zależnej m.in. od rozdzielczości obrazów i poziomu zakłóceń szumowych. Prowadzone badania będą konsultowane z prof. A. Lundervoldem z Bergen. Wynikiem praktycznym projektu będzie program komputerowy pozwalający na zwiększenie dokładności i obiektywoności wykrywania zmian chorobowych układu krwionośnego mózgu.
"Physiological Modelling of MR Image Formation"
Projekt COST B21 2003-2007

Wiceprzewodniczącym projektu i kierownikiem polskiej grupy jest prof. dr hab. A. Materka.
Głównym celem projektu jest opracowanie metod komputerowego modelowania procesów fizjologicznych zachodzących w tkankach z wykorzystaniem techniki obrazowania rezonansu magnetycznego oraz metod przetwarzania i analizy obrazów.
MaZda Software     Strona www o projekcie COST B21
"Ilościowa analiza tekstury obrazów tomograficznych rezonansu magnetycznego"
Projekt COST B11 1998-2002

Realizację projektu COST B11 rozpoczęto w maju 1998 roku. Było w niego zaangażowanych 17 uniwersytetów i ośrodków badawczych z krajów Unii Europejskiej oraz Czech, Szwajcarii i Polski.
Inicjatorem i przewodniczącym projektu był dr Richard Lerski, dyrektor Medical Phisiscs Department, Ninewells Hospital and Medical School, Dundee w Szkocji. Pełną listę uczestników projektu można znależć na stronach http://phase.pki.uib.no.
"Analiza tekstury obrazu rezonansu magnetycznego dla celów kontroli jakości sera"
Projekt KBN Polonium 2001-2002

Rys. Obrazy MRI przekroju przez ser dla protokołu PDW (a) i T2W (b)Projekt był realizowany wspólnie instytutem CEMAGREF z Rennes, Francja. Celem prac było opracowanie metod analizy obrazów MRI przekrojów serów miękkich dla celów ich klasyfikacji oraz znalezienia takich parametrów tekstury, które pozwolą na określenie stopnia dojrzałości tych serów. W badaniach uwzględniano rodzaj protokołu akwizycji stosowany przy rejestracji obrazów oraz wpływ normalizacji na uzyskiwane wyniki klasyfikacji. Opracowanie automatycznych metod analizy, umożliwiających bezinwazyjną analizę produktu, będzie miało zastosowanie w procesie uwierzytelniania i kontroli jakości produktów żywnościowych.