• Nové metódy redukcie artefaktov pri zobrazovaní na báze magnetickej rezonancie
• Optimálna architektúra biologicky inšpirovaného modelu hierarchickej časovej pamäte

Výsledok 1: Nové metódy redukcie artefaktov pri zobrazovaní na báze magnetickej rezonancie

Projekty: VEGA 2/0142/08

Riešitelia: V. Juráš, L. Valkovič, P. Szomolányi, I. Frollo, L. Vojtíšek, T. Dermek

Nové metódy zvýšenia kvality obrazov získané na báze javu magnetickej rezonancie (NMR) boli navrhnuté, experimentálne testované a klinicky overené. Dôraz bol kladený na obrazy zaťažené šumom, geometrickými skresleniami, pohybovými a stresovými artefaktmi a na zníženie vplyvu nehomogenít magnetických polí zúčastňujúcich sa na zobrazení a z toho vyplývajúcich geometrických skreslení.

Pre vybrané oblasti záujmu rôznych biologických tkanív (chrupavky, medzistavcové platničky, šľachy) bol navrhnutý korekčný algoritmus na báze odhadu chyby výpočtu relaxačných konštánt. Efekt stresu bol testovaný porovnaním normálnej končatiny (ruka) a končatiny pod vplyvom stresu sprevádzaného potením.

Metodika bola úspešne testovaná u pacientov po transplantácii tkanív v končatinách, pri vyšetrovaní činnosti mozgu metódami funkčnej diagnostiky a pri vyhodnocovaní efektov stresu. Metodika našla uplatnenie aj u pacientov po transplantácii chrupaviek a znamenala zlepšenie zobrazenia rozdielov medzi pôvodnými a transplantovanými tkanivami. Je mimoriadne účinná pri sledovaní post-operačných stavov pacientov po transplantáciách.

Zahraničný partner: Univ.-Prof. Dr. Siegfried Trattnig, MR Center, Highfield MR, Department of Radiology, Medical University of Vienna, Austria. Zmluvy o vedeckej spolupráci zo dňa 28.8.2006 a 24.8.2009.

Obrázky: A) Mapa sagitálneho rezu ľudského kolena korigovaná pomocou príslušných koeficientov determinácie získaných v procese výpočtu. B) Porovnanie obrazov ľudského mozgu podľa metódy zobrazenia: a) štrukturálny obraz, b) zobrazenie po korekcii šumu.

Publikácie:

• JURÁŠ, Vladimír - ZBÝŇ, Š. - SZOMOLÁNYI, Pavol - TRATTNIG, S. Regression error estimation significantly improves the region-of-interest statistics of noisy MR images. In Medical Physics, 2010, vol. 37, no. 6, p. 2813-2821. ISSN 0094-2405. (2.704 - IF2009).
• VALKOVIČ, Ladislav - JURÁŠ, Vladimír - DERMEK, Tomáš - VOJTÍŠEK, Lubomír - FROLLO, Ivan. The effect of stress on MR image contrast in the human hand at low field NMR. In ELITECH '10 : 12th Conference of Doctoral Students. - Bratislava : Faculty of Electrical Engineering and Information Technology, Slovak University of Technology, 2010. CD-ROM, p.1-7.
• JURÁŠ, Vladimír - ZBYN, S. - SZOMOLÁNYI, Pavol - FROLLO, Ivan - TRATTNIG, S. The improvement of region-of-interest statistics in musculoskeletal MRI. In ISMRM-ESMRMB 2010 : Joint Annual Meeting. Stockholm, Sweden, May 1-7, 2010.
• VALKOVIČ, Ladislav, - WINDISCHBERGER, C. Method for geometric distortion correction in fMRI based on three echo planar phase images. MEASUREMENT SCIENCE REVIEW, Volume 10, No. 4, 2010, p. 116-119. ISSN 1335 - 8871.

Výsledok 2: Optimálna architektúra biologicky inšpirovaného modelu hierarchickej časovej pamäte

Projekty: VEGA 2/0019/10

Riešitelia: S. Štolc, I. Bajla

V posledných rokoch sa výskum v oblasti neurovedy zameral vo zvýšenej miere na biologicky inšpirované modely reprezentácie a spracovania vizuálnych a iných senzorických údajov. Jedným z nich je model hierarchicky organizovanej časovej pamäte (HTM). V našom výskume sme sa venovali systematickej analýze možností optimalizácie dôležitých riadiacich parametrov takéhoto modelu v úlohe klasifikácie vizuálnych vzorov. Navrhli sme novú metodológiu konštrukcie architektúry siete vychádzajúcu z požiadavky rovnomerného využívania pixelov vstupného obrazu. Vyvinuli sme a preskúmali nový generátor trénovacích postupností obrazov. Originálnym príspevkom je tiež algoritmus optimálneho odhadu parametra priestorovej kvantizácie založený na metóde „box counting" pochádzajúcej z teórie chaosu. Parameter inferencie v každom module siete bol optimalizovaný na základe maximalizácie entropie rozdelenia vierohodností. Presnosť klasifikácie optimálnej jednoúrovňovej HTM siete, ktorá bola porovnaná s inými konvenčnými klasifikátormi, potvrdila perspektívnosť biologicky inšpirovaného prístupu HTM. Za cennejší prínos, ako samotné popredné umiestnenie HTM klasifikátora, považujeme však návrh nových metód optimalizácie tohto sieťového modelu, ktorý patrí medzi najperspektívnejšie biologicky prijateľné modely využívané v umelej inteligencii.

Spolupráca s VŠ: Katedra aplikovanej informatiky, Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK Bratislava (doc. Ing. I. Farkaš, PhD)

Zahraničný partner: Austrian Institute of Technology GmbH, Seibersdorf, Rakúsko.

Obrázok: Príklad dvojvrstvovej HTM siete aplikovanej na obrazový vstup o veľkosti 20x20 pixelov.

Publikácie:

• ŠTOLC, S. - BAJLA, I.: On the optimum architecture of the biologically inspired hierarchical temporal memory model applied to the hand-written digit recognition (Invited paper). Measurement Science Review 10 (2), 2010, 28-49, DOI 10.2478/v10048-010-0008-4.
• ŠTOLC, S. - BAJLA, I.: Application of the computational intelligence network based on Hierarchical Temporal Memory to face recognition. In: M. H. Hamza (ed.), 10th IASTED International Conference on Artificial Intelligence and Applications AIA 2010. Innsbruck, Austria, 15-17 február 2010, 674-042, 185-192. ACTA Press.
• ŠTOLC, S. - BAJLA, I.: Image object recognition based on biologically inspired Hierarchical Temporal Memory model and its application to the USPS database. In: M. Tyšler, et al. (ed.), 7th International Conference MEASUREMENT 2009. Smolenice, Slovak Republic, 20-23 máj 2009, 23-27. Institute of Measurement Science, Slovak Academy of Sciences.