بهبود تخمین سن از تصاویر پانورامیک دندان مبتني بر اصلاح کنتراست تصویر با روش آنتروپی مکانی
الموضوعات :معصومه محسنی 1 , حسین منتظری کردی 2 , مهدي ازوجي 3
1 - دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
2 - دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
3 - دانشگاه صنعتي نوشيرواني بابل
الکلمات المفتاحية: بهبود وضوح تصویر, قطعه‌بندی دندان, پردازش تصویر, تخمین سن, رادیوگراف دندان,
ملخص المقالة :
در دندان‌پزشکی قانونی، تخمین سن با استفاده از رادیوگراف دندان صورت می‌گیرد. هدف ما، خودکارکردن این مراحل با استفاده از پردازش تصویر و تکنیک‌های تشخیص الگو است. با داشتن رادیوگراف دندان، کانتور استخراج شده و ویژگی‌هایی مانند عرض اپکس (apex) و طول دندان از آن استخراج می‌شود که در تخمین سن مورد استفاده قرار می‌گیرد. افزایش بهینه وضوح تصاویر رادیوگرافی، مرحله مهمی در استخراج کانتور و تخمین سن است. در این مقاله، هدف بهبود وضوح تصویر به منظور استخراج ناحیه مناسب و قطعه‌بندی مناسب دندان است که در نتیجه منجر به تخمین سن بهتری می‌شود. در این مدل، به دلیل پایین‌بودن وضوح تصاویر رادیوگراف، به منظور افزایش دقت استخراج ناحیه مورد نظر هر دندان (ROI)، وضوح تصویر با استفاده از آنتروپی مکانی که مبتنی بر توزیع مکانی شدت روشنایی پیکسل‌هاست، به همراه روش‌های افزایش وضوح دیگر مانند هرم‌های لاپلاسین، افزایش می‌یابد. افزایش وضوح تصویر، منجر به استخراج ROI مناسب و حذف نواحی ناخواسته می‌شود. پایگاه داده مورد استفاده در این پژوهش، 154 رادیوگراف پانورامیک نوجوانان است که 73 نفر آن مرد و 81 نفر آن زن هستند. این پایگاه داده از دانشگاه علوم پزشکی بابل تهیه شده است. نتایج نشان می‌دهد با استفاده از روش‌های قطعه‌بندی دندان ثابت و فقط با اعمال روش پیشنهادی مؤثر در بهبود وضوح تصویر، استخراج ROI مناسب از 66% به 78% افزایش یافت که بهبود خوبی را نشان می‌دهد. سپس ROI استخراج‌شده، تحویل بلوک قطعه‌بندی و استخراج کانتور می‌شود و پس از استخراج کانتور، تخمین سن صورت می‌گیرد. تخمین سن صورت‌گرفته با استفاده از روش پیشنهادی، در مقایسه با روشی که از الگوریتم پیشنهادی در افزایش وضوح تصویر استفاده نمی‌کند، به مقدار تخمین دستی سن نزدیک‌تر است.
[1] A. S. Panchbhai, "Dental radiographic indicators, a key to age estimation," Dentomaxillofacial Radiology, vol. 40, no. 4, pp. 199-212, May 2011.
[2] R. Cameriere, L. Ferrante, and M. Cingolani, "Age estimation in children by measurement of open apices in teeth," Int. J. Legal. Med., vol. 120, no. 1, pp. 49-52, Jan. 2006.
[3] A. Lurie, G. M. Tosoni, J. Tsimikas, and W. Fitz, "Recursive hierarchic segmentation analysis of bone mineral density changes on digital panoramic images," Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology and Oral Radiology, vol. 113, no. 4, pp. 549-558, Apr. 2012.
[4] D. Bruellmann, S. Sander, and I. Schmidtmann, "The design of a fast fourier filter for enhancing diagnostically relevant structures-endodontic files," Computers in Biology and Medicine, vol. 72, pp. 212-217, May 2016.
[5] Y. Y. Amer and M. J. Aqel, "An efficient segmentation algorithm for panoramic dental images," Procedia Computer Science, vol. 65, pp. 718-725, 2015.
[6] S. Tikhe, A. Naik, S. Bhide, T. Saravanan, and K. Kaliyamurthie, "Algorithm to identify enamel caries and interproximal caries using dental digital radiographs," in Proc. Int. Advanced Computing Conf., IACC’16, pp. 225-228, Bhimavaram, India, 27-28 Feb. 2016.
[7] M. M. Hasan, R. Hassan, and W. Ismail, "Automatic segmentation of jaw from panoramic dental x-ray images using GVF snakes," in Proc. World Automation Congress, WAC’16, 6 pp., Rio Grande, PR, USA, 31 Jul.-4 Aug. 2016.
[8] R. B. Ali, R. Ejbali, and M. Zaied, "GPU-based segmentation of dental x-ray images using active contours without," in Proc. Int. Conf. on Intelligent Systems Design and Applications, pp. 505-510, Marrakech, Morocco, 14-16 Dec. 2015.
[9] J. Kaur and J. Kaur, "Dental image disease analysis using pso and backpropagation neural network classifier," International J. of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, vol. 6, no. 4, pp. 158-160, Apr. 2016.
[10] M. K. Alsmadi, "A hybrid fuzzy c-means and neutrosophic for jaw lesions segmentation," Ain Shams Engineering J., vol. 9, no. 4, pp. 697-706, Dec. 2015.
[11] L. H. Son and T. M. Tuan, "A cooperative semi-supervised fuzzy clustering framework for dental x-ray image segmentation," Expert Systems with Applications, vol. 46, no. C, pp. 380-393, Mar. 2016.
[12] A. K. Jain and H. Chen, "Matching of dental x-ray images for human identification," Pattern Recognition vol. 37, no. 7, pp. 1519-1532, Jul. 2004.
[13] O. Nomir and M. Abdel-Mottaleb, "A system for human identification from x-ray dental radiographs," Pattern Recognition vol. 38, no. 8, pp. 1295-1305, Aug. 2005.
[14] E. H. Said, D. E. M. Nassar, G. Fahmy, and H. H. Ammar, "Teeth segmentation in digitized dental x-ray films using mathematical morphology," IEEE Trans. Inf. Forensic Secur., vol. 1, no. 2, pp. 178-189, Jun. 2006.
[15] N. Al-sherif, G. Gue, and H. H. Ammar, "A new approach to teeth segmentation," IEEE Int. Sympo. on Multimedia, pp. 145-148, Irvine, CA, USA, 10-12 Dec. 2012.
[16] P. L. Lin, Y. H. Lai, and P. W. Huang, "An effective classification and numbering system for dental bitewing radiographs using teeth region and contour information," Pattern Recognition, vol. 43, no. 4, pp. 1380-1392, Apr. 2010.
[17] S. Shah, A. Ross, and H. H. Ammar, "Automatic teeth segmentation using active contour without edges," in Proc. of the Biometrics Symp.: Special Session on Research at the Biometric Consortium Conf., pp. 145-148, Baltimore, MD, USA, 19 Sept.-21 Aug. 2006.
[18] J. Zhou and M. Abdel-Mottaleb, "A content-based system for human identification based on bitewing dental x-ray images," Pattern Recognition, vol. 38, no. 11, pp. 2132-2142, Nov. 2005.
[19] M. A. Mahoor and M. Abdel-Mottaleb, "Classification and numbering of teeth in dental bitewing images," Pattern Recognition, vol. 38, no. 4, pp. 577-586, Apr. 2005.
[20] Y. H. Lai and P. L. Lin, "Effective segmentation for dental x-ray images using texture-based fuzzy inference system," in Proc. 10th Int. Conf. on, Advanced Concepts for Intelligent Vision Systems, pp. 936-947, 20-24 Oct. 2008.
[21] F. Keshtkar and G. Gueaieb, "Segmentation of dental radiographs using a swarm intelligence approach," in Proc. IEEE Canadian Conf. on Electrical and Computer Engineering, pp. 328-331, Ottawa, Canada, 7-10 May 2006.
[22] P. L. Lin, Y. H. Lai, and P. W. Huang, "Dental biometrics: human identification based on teeth and dental works in bitewing radiographs," Pattern Recognition, vol. 45, no. 3, pp. 934-946, Mar. 2012.
[23] P. Choorat, W. Chiracharit, and K. Chamnongthai, "A single tooth segmentation using structural orientations and statistical textures," in Proc. the Biomedical Engineering Int. Conf., pp. 294-297, Chiang Mai, Thailand, 29-31 Jan.. 2011.
[24] P. L. Lin, P. W. Huang, Y. S. Cho, and C. H. Kuo, "An automatic and effective tooth isolation method for dental radiographs," Opto-Electronics Review, vol. 21, pp. 126-136, 2013.
[25] P. L. Lin, P. Y. Huang, P. W. Huang, H. C. Hsu, and C. C. Chen, "Teeth segmentation of dental priapical radiographs based on local singularity analysis," Computer Methods and Programs in Biomedicine, vol. 113, no. 2, pp. 433-445, Feb. 2014.
[26] L. Hoang and T. Manh, "Dental segmentation from x-ray images using semi-supervised fuzzy clustering with spatial constraints," Engineering Application of Artificial Intelligence, vol. 59, no. C, pp. 186-195, 2017.
[27] Y. Gan, et al., "Tooth and alveolar bone segmentation from dental computed tomography image," IEEE J. of Biomedical and Health Information, vol. 22, no. 1, pp. 196-204, Jan. 2018.
[28] G. Silva, L. Oliveira, and M. Pithon, "Automatic segmentation teeth in x-ray images: trends, set, benchmarking and future perspective," Expert Systems with Applications, vol. 107, pp. 15-31, 1 Oct. 2018.
[29] T. Celik, "Spatial entropy-based global and local image contrast enhancement," IEEE Trans. on Image Processing, vol. 23, no. 12, pp. 5298-5308, Dec. 2014.
[30] D. Frejlichowsky and R. Wanat, "Application of the laplacian pyramid decomposition to the enhancement of digital dental radiographic images for the automatic person identification," A. Campilho and M. Kamel, (eds.) Image Analysis and Recognition: 7th Int. Conf., ICIAR 2010, Part II. LNCS, vol. 6112, pp. 151-160, Springer, Heidelberg 2010.
[31] ش. جوادی‌نژاد، م. مهدی‌زاده و ر. ترابی، "تعیین دقت روش کمریر (Cameriere) در تعیین سن تقویمی،" مجله دانشکده دندان‌پزشکی اصفهان، جلد 8، شماره 4، صص. 314-321، مهر 1391.
[32] C. Giardina and E. Doughetr, Morphological Methods in Image and Signal Processing, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1988.
[33] R. Wanat and D. Frejlichowsky, "A problem of automatic segmentation of digital dental panoramic x-ray images for forensic human identification," in Proc. 16th Int. Conf., pp. 294-302, Ravenna, Italy, Sept. 2011.
[34] N. Otsu, "A threshold selection method from gray-level histograms," IEEE Trans. Syst. Man Cybern., vol. 9, no. 1, pp. 62-66, Jan. 1979.
