De-Noising Brain MRI Images by Mixing Concatenation and Residual Learning (MCR)
Creators
- 1. University of Central Punjab
- 2. Information Technology University
- 3. COMSATS University Islamabad
- 4. University of Tabuk
Description
Brain magnetic resonance images (MRI) are used to diagnose the different diseases of the brain, such as swelling and tumor detection. The quality of the brain MR images is degraded by different noises, usually salt & pepper and Gaussian noises, which are added to the MR images during the acquisition process. In the presence of these noises, medical experts are facing problems in diagnosing diseases from noisy brain MR images. Therefore, we have proposed a de-noising method by mixing concatenation, and residual deep learning techniques called the MCR de-noising method. Our proposed MCR method is to eliminate salt & pepper and gaussian noises as much as possible from the brain MRI images. The MCR method has been trained and tested on the noise quantity levels 2% to 20% for both salt & pepper and gaussian noise. The experiments have been done on publically available brain MRI image datasets, which can easily be accessible in the experiments and result section. The Structure Similarity Index Measure (SSIM) and Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) calculate the similarity score between the denoised images by the proposed MCR method and the original clean images. Also, the Mean Squared Error (MSE) measures the error or difference between generated denoised and the original images. The proposed MCR de-noising method has a 0.9763 SSIM score, 84.3182 PSNR, and 0.0004 MSE for salt & pepper noise; similarly, 0.7402 SSIM score, 72.7601 PSNR, and 0.0041 MSE for Gaussian noise at the highest level of 20% noise. In the end, we have compared the MCR method with the state-of-the-art de-noising filters such as median and wiener de-noising filters.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تُستخدم صور الرنين المغناطيسي للدماغ (MRI) لتشخيص أمراض الدماغ المختلفة، مثل التورم واكتشاف الورم. تتدهور جودة صور التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ بسبب ضوضاء مختلفة، عادة ما تكون ضوضاء الملح والفلفل والضوضاء الغاوسية، والتي تضاف إلى صور التصوير بالرنين المغناطيسي أثناء عملية الاستحواذ. في ظل وجود هذه الضوضاء، يواجه الخبراء الطبيون مشاكل في تشخيص الأمراض من صور الرنين المغناطيسي الصاخبة للدماغ. لذلك، اقترحنا طريقة إزالة الضوضاء عن طريق خلط التسلسل، وتقنيات التعلم العميق المتبقية التي تسمى طريقة إزالة الضوضاء MCR. طريقة MCR المقترحة لدينا هي القضاء على الملح والفلفل والضوضاء الغاوسية قدر الإمكان من صور التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ. تم تدريب طريقة MCR واختبارها على مستويات كمية الضوضاء من 2 ٪ إلى 20 ٪ لكل من الملح والفلفل والضوضاء الغاوسية. تم إجراء التجارب على مجموعات بيانات صور التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ المتاحة للجمهور، والتي يمكن الوصول إليها بسهولة في قسم التجارب والنتائج. يحسب مقياس مؤشر تشابه الهيكل (SSIM) ونسبة إشارة الذروة إلى الضوضاء (PSNR) درجة التشابه بين الصور المخفضة بواسطة طريقة MCR المقترحة والصور النظيفة الأصلية. أيضًا، يقيس الخطأ التربيعي المتوسط (MSE) الخطأ أو الفرق بين الصور التي تم إنشاؤها والصور الأصلية. تحتوي طريقة إزالة الضوضاء MCR المقترحة على درجة 0.9763 SSIM، و 84.3182 PSNR، و 0.0004 MSE لضوضاء الملح والفلفل ؛ وبالمثل، درجة 0.7402 SSIM، و 72.7601 PSNR، و 0.0041 MSE للضوضاء الغاوسية عند أعلى مستوى من الضوضاء بنسبة 20 ٪. في النهاية، قمنا بمقارنة طريقة MCR مع أحدث مرشحات إزالة الضوضاء مثل مرشحات إزالة الضوضاء المتوسطة و wiener.Translated Description (French)
Les images par résonance magnétique cérébrale (IRM) sont utilisées pour diagnostiquer les différentes maladies du cerveau, telles que l'enflure et la détection des tumeurs. La qualité des images IRM du cerveau est dégradée par différents bruits, généralement des bruits de sel et de poivre et des bruits gaussiens, qui sont ajoutés aux images IRM au cours du processus d'acquisition. En présence de ces bruits, les experts médicaux sont confrontés à des problèmes de diagnostic des maladies à partir d'images IRM cérébrales bruyantes. Par conséquent, nous avons proposé une méthode de débruitage en mélangeant des techniques de concaténation et d'apprentissage profond résiduel appelée méthode de débruitage MCR. Notre méthode de MCR proposée consiste à éliminer autant que possible les bruits de sel et de poivre et les bruits gaussiens des images IRM cérébrales. La méthode MCR a été entraînée et testée sur les niveaux de quantité de bruit de 2 % à 20 % pour le sel et le poivre et le bruit gaussien. Les expériences ont été réalisées sur des ensembles de données d'images IRM cérébrales accessibles au public, qui peuvent facilement être accessibles dans la section expériences et résultats. La mesure de l'indice de similarité de structure (SSIM) et le rapport signal/bruit de crête (PSNR) calculent le score de similarité entre les images débruitées par la méthode MCR proposée et les images propres d'origine. En outre, l'erreur quadratique moyenne (MSE) mesure l'erreur ou la différence entre les images débruitées générées et les images originales. La méthode de débruitage MCR proposée a un score SSIM de 0,9763, 84,3182 PSNR et 0,0004 MSE pour le bruit de sel et de poivre ; de même, un score SSIM de 0,7402, 72,7601 PSNR et 0,0041 MSE pour le bruit gaussien au niveau le plus élevé de 20 % de bruit. En fin de compte, nous avons comparé la méthode MCR avec les filtres de débruitage de pointe tels que les filtres de débruitage médian et de wiener.Translated Description (Spanish)
Las imágenes de resonancia magnética cerebral (IRM) se utilizan para diagnosticar las diferentes enfermedades del cerebro, como la hinchazón y la detección de tumores. La calidad de las imágenes de RM cerebral se degrada por diferentes ruidos, generalmente de sal y pimienta y ruidos gaussianos, que se añaden a las imágenes de RM durante el proceso de adquisición. En presencia de estos ruidos, los expertos médicos se enfrentan a problemas para diagnosticar enfermedades a partir de imágenes de RM cerebrales ruidosas. Por lo tanto, hemos propuesto un método de eliminación de ruido mediante la mezcla de concatenación y técnicas residuales de aprendizaje profundo llamado método de eliminación de ruido MCR. Nuestro método MCR propuesto es eliminar la sal, la pimienta y los ruidos gaussianos tanto como sea posible de las imágenes de resonancia magnética del cerebro. El método MCR ha sido entrenado y probado en los niveles de cantidad de ruido del 2% al 20% tanto para la sal y la pimienta como para el ruido gaussiano. Los experimentos se han realizado en conjuntos de datos de imágenes de resonancia magnética cerebral disponibles públicamente, a los que se puede acceder fácilmente en la sección de experimentos y resultados. La Structure Similarity Index Measure (SSIM) y Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) calculan la puntuación de similitud entre las imágenes eliminadas mediante el método MCR propuesto y las imágenes limpias originales. Además, el error cuadrático medio (MSE) mide el error o la diferencia entre las imágenes generadas y las originales. El método de reducción de ruido MCR propuesto tiene una puntuación de 0.9763 SSIM, 84.3182 PSNR y 0.0004 MSE para el ruido de sal y pimienta; de manera similar, una puntuación de 0.7402 SSIM, 72.7601 PSNR y 0.0041 MSE para el ruido gaussiano en el nivel más alto del 20% de ruido. Al final, hemos comparado el método MCR con los filtros de reducción de ruido de última generación, como los filtros de reducción de ruido Median y Wiener.Files
TSP_CSSE_32508.pdf.pdf
Files
(7.4 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:774aa2740abd088728323ac97903c64d
|
7.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إزالة الضوضاء من صور التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ عن طريق خلط التسلسل والتعلم المتبقي (MCR)
- Translated title (French)
- Dé-bruitage des images IRM cérébrales en mélangeant la concaténation et l'apprentissage résiduel (MCR)
- Translated title (Spanish)
- Eliminación del ruido de las imágenes de resonancia magnética cerebral mediante la mezcla de concatenación y aprendizaje residual (MCR)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4308415711
- DOI
- 10.32604/csse.2023.032508
References
- https://openalex.org/W172871796
- https://openalex.org/W1899329334
- https://openalex.org/W2001234856
- https://openalex.org/W2001697618
- https://openalex.org/W2014940628
- https://openalex.org/W2015057244
- https://openalex.org/W2073660032
- https://openalex.org/W2081859730
- https://openalex.org/W2107840100
- https://openalex.org/W2134920263
- https://openalex.org/W2135036909
- https://openalex.org/W2136396015
- https://openalex.org/W2137676365
- https://openalex.org/W2142592339
- https://openalex.org/W2160637922
- https://openalex.org/W2764207251
- https://openalex.org/W2890847992
- https://openalex.org/W2904016341
- https://openalex.org/W2956134935
- https://openalex.org/W2982671374
- https://openalex.org/W3014516197
- https://openalex.org/W3053564872
- https://openalex.org/W3083068801
- https://openalex.org/W3118496544