lib/fpa/Common/SliceBySliceRandomWalker.hxx

   1 // =========================================================================
   2 // @author Leonardo Florez Valencia
   3 // @email florez-l@javeriana.edu.co
   4 // =========================================================================
   5 #ifndef __fpa__Common__SliceBySliceRandomWalker__hxx__
   6 #define __fpa__Common__SliceBySliceRandomWalker__hxx__
   7
   8 #include <vector>
   9 #include <itkExtractImageFilter.h>
  10 #include <itkImageRegionConstIterator.h>
  11 #include <itkImageRegionIterator.h>
  12 #include <itkJoinSeriesImageFilter.h>
  13 #include <itkMinimumMaximumImageCalculator.h>
  14 #include <fpa/Common/RandomWalker.h>
  15 #include <fpa/Functors/Dijkstra/Image/Gaussian.h>
  16
  17 // -------------------------------------------------------------------------
  18 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
  19 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
  20 SliceBySliceRandomWalker( )
  21   : Superclass( )
  22 {
  23   ivqITKInputConfigureMacro( InputLabels, TLabels );
  24   ivqITKInputConfigureMacro( InputVesselness, TScalarImage );
  25 }
  26
  27 // -------------------------------------------------------------------------
  28 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
  29 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
  30 ~SliceBySliceRandomWalker( )
  31 {
  32 }
  33
  34 // -------------------------------------------------------------------------
  35 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
  36 void
  37 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
  38 GenerateData( )
  39 {
  40   typedef itk::Image< TPixel, TImage::ImageDimension - 1 > _TSliceImage;
  41   typedef itk::Image< TLabel, TImage::ImageDimension - 1 > _TSliceLabels;
  42   typedef itk::Image< TScalar, TImage::ImageDimension - 1 > _TSliceScalarImage;
  43
  44   // Preare I/O objects
  45   const TImage* input = this->GetInput( );
  46   const TLabels* labels = this->GetInputLabels( );
  47   const TScalarImage* vesselness = this->GetInputVesselness( );
  48   this->AllocateOutputs( );
  49
  50   // Some values
  51   typename TImage::RegionType region = input->GetRequestedRegion( );
  52   typename TImage::SizeType regionIndex = region.GetIndex( );
  53   typename TImage::SizeType sliceSize = region.GetSize( );
  54   int numSlices = sliceSize[ 2 ];
  55   sliceSize[ 2 ] = 0;
  56   this->m_VesselnessValue =
  57     this->m_VesselnessThreshold * this->m_VesselnessMax / TScalar( 100 );
  58
  59   // Composite image
  60   typename TScalarImage::Pointer composite;
  61   this->_Composite( composite, labels, vesselness );
  62
  63   // Extract slices
  64   std::vector< typename _TSliceImage::Pointer > data3D( numSlices );
  65   std::vector< typename _TSliceLabels::Pointer > binaryTree( numSlices );
  66   std::vector< typename _TSliceScalarImage::Pointer > fusion( numSlices );
  67   for( int i = 0; i < numSlices; ++i )
  68   {
  69     // Prepare extraction region
  70     typename TImage::IndexType sliceIndex = regionIndex;
  71     sliceIndex[ 2 ] += i;
  72     typename TImage::RegionType sliceRegion( sliceIndex, sliceSize );
  73
  74     // Extract regions
  75     typename _TSliceImage::Pointer input_slice;
  76     typename _TSliceLabels::Pointer labels_slice;
  77     typename _TSliceScalarImage::Pointer composite_slice;
  78     this->_Slice( input_slice, input, sliceRegion );
  79     this->_Slice( labels_slice, labels, sliceRegion );
  80     this->_Slice( composite_slice, composite, sliceRegion );
  81
  82     // Update vectors with each image
  83     data3D[ i ] = input_slice;
  84     binaryTree[ i ] = labels_slice;
  85     fusion[ i ] = composite_slice;
  86
  87   } // rof
  88
  89   // Random walker slice-by-slice
  90   this->_RandomWalker( binaryTree, data3D, fusion, true );
  91   this->_RandomWalker( binaryTree, data3D, fusion, false );
  92
  93   // Join results
  94   typedef itk::JoinSeriesImageFilter< _TSliceImage, TImage > _TJoin;
  95   typename _TJoin::Pointer join = _TJoin::New( );
  96   for( int i = 0; i < numSlices; ++i )
  97     join->SetInput( i, binaryTree[ i ] );
  98   join->Update( );
  99   this->GetOutput( )->Graft( join->GetOutput( ) );
 100 }
 101
 102 // -------------------------------------------------------------------------
 103 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
 104 void
 105 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
 106 _Composite(
 107   typename TScalarImage::Pointer& composite,
 108   const TLabels* labels,
 109   const TScalarImage* vesselness
 110   )
 111 {
 112   // Min-Max vesselness values
 113   typedef itk::MinimumMaximumImageCalculator< TScalarImage > _TMinMax;
 114   typename _TMinMax::Pointer minMax = _TMinMax::New( );
 115   minMax->SetImage( vesselness );
 116   minMax->Compute( );
 117   TScalar maxVess = minMax->GetMaximum( );
 118   typename TScalarImage::RegionType region = labels->GetRequestedRegion( );
 119
 120   // Composite image
 121   composite = TScalarImage::New( );
 122   composite->CopyInformation( vesselness );
 123   composite->SetBufferedRegion( vesselness->GetBufferedRegion( ) );
 124   composite->Allocate( );
 125   itk::ImageRegionConstIterator< TScalarImage > v( vesselness, region );
 126   itk::ImageRegionConstIterator< TLabels > l( labels, region );
 127   itk::ImageRegionIterator< TScalarImage > c( composite, region );
 128   v.GoToBegin( );
 129   l.GoToBegin( );
 130   c.GoToBegin( );
 131   for( ; !v.IsAtEnd( ); ++v, ++l, ++c )
 132     c.Set( ( l.Get( ) != 0 )? maxVess: v.Get( ) );
 133 }
 134
 135 // -------------------------------------------------------------------------
 136 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
 137 template< class _TSlicePtr, class _TInput >
 138 void
 139 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
 140 _Slice(
 141   _TSlicePtr& slice,
 142   const _TInput* input,
 143   typename _TInput::RegionType region
 144   )
 145 {
 146   typedef typename _TSlicePTr::ObjectType _TSlice;
 147   typedef itk::ExtractImageFilter< _TInput, _TSlice > _TExtract;
 148
 149   typename _TExtract::Pointer extract = _TExtract::New( );
 150   extract->SetInput( input );
 151   extract->SetExtractionRegion( region );
 152   extract->SetDirectionCollapseToIdentity( );
 153   extract->Update( );
 154   slice = extract->GetOutput( );
 155   slice->DisconnectPipeline( );
 156 }
 157
 158 // -------------------------------------------------------------------------
 159 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
 160 template< class _TBinaryTree, class _TData3D, class _TFusion >
 161 void
 162 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
 163 _RandomWalker(
 164   _TBinaryTree& binaryTree,
 165   const _TData3D& data3D,
 166   const _TFusion& fusion,
 167   bool down
 168   )
 169 {
 170   typedef typename _TBinaryTree::value_type     _TSliceBinaryPtr;
 171   typedef typename _TData3D::value_type         _TSliceData3DPtr;
 172   typedef typename _TFusion::value_type         _TSliceFusionPtr;
 173   typedef typename _TSliceBinaryPtr::ObjectType _TSliceBinary;
 174   typedef typename _TSliceData3DPtr::ObjectType _TSliceData3D;
 175   typedef typename _TSliceFusionPtr::ObjectType _TSliceFusion;
 176   typedef typename _TSliceFusion::PixelType     _TSliceScalar;
 177
 178   int numSlices = binaryTree.size( );
 179   int z = ( down )? -1: numSlices;
 180   int o = ( down )? 1: -1;
 181   while( ( down && z < numSlices - 2 ) || ( !down && z > 1 ) )
 182   {
 183     z += o;
 184     _TSliceBinaryPtr tmp = binaryTree[ z ];
 185     _TSliceBinaryPtr next = binaryTree[ z + o ];
 186     _TSliceData3DPtr data = data3D[ z + o ];
 187     _TSliceFusionPtr vess = fusion[ z + o ];
 188     typename _TSliceBinary::RegionType region = tmp->GetRequestedRegion( );
 189
 190     // Create seeds and background
 191     _TSliceBinaryPtr seeds = _TSliceBinary::New( );
 192     seeds->CopyInformation( tmp );
 193     seeds->SetRequestedRegion( region );
 194     seeds->Allocate( );
 195     seeds->FillBuffer( 0 );
 196
 197     itk::ImageRegionConstIterator< _TSliceBinary > tIt( tmp, region );
 198     itk::ImageRegionConstIterator< _TSliceFusion > vIt( vess, region );
 199     itk::ImageRegionIterator< _TSliceBinary > sIt( seeds, region );
 200     tIt.GoToBegin( );
 201     vIt.GoToBegin( );
 202     sIt.GoToBegin( );
 203     int len = 0;
 204     int numO = 0;
 205     int numB = 0;
 206     for( ; !tIt.IsAtEnd( ); ++tIt, ++vIt, ++sIt )
 207     {
 208       if( tIt.Get( ) != 0 )
 209       {
 210         len++;
 211         if( vIt.Get( ) > this->m_VesselnessValue )
 212         {
 213           sIt.Set( 1 );
 214           numO++;
 215
 216         } // fi
 217
 218       } // fi
 219
 220       if( vIt.Get( ) < this->m_VesselnessValue )
 221       {
 222         sIt.Set( 2 );
 223         numB++;
 224
 225       } // fi
 226
 227     } // rof
 228
 229     if( len == 0 )
 230       continue;
 231
 232     // Random walker function
 233     typedef fpa::Functors::Dijkstra::Image::Gaussian< _TSliceData3D, _TSliceScalar > _TFunction;
 234     typename TFunction::Pointer edge = TFunction::New( );
 235     edge->SetBeta( this->m_Beta );
 236     edge->SetEpsilon( this->m_Eps );
 237     edge->TreatAsWeightOff( );
 238
 239     // Real random walker
 240     typedef fpa::Common::RandomWalker< _TSliceData3D, _TSliceBinary, _TSliceScalar > _TRandomWalker;
 241     typename _TRandomWalker::Pointer rw = _TRandomWalker::New( );
 242     rw->SetInput( data );
 243     rw->SetInputLabels( seeds );
 244     rw->SetEdgeFunction( edge );
 245
 246     // Keep maximum
 247     typedef itk::MaximumImageFilter< _TSliceBinary > _TMax;
 248     _TMax::Pointer max = _TMax::New();
 249     max->SetInput( 0, rw->GetOutput( ) );
 250     max->SetInput( 1, next );
 251     max->Update( );
 252     binaryTree[ z + o ] = max->GetOutput( );
 253     binaryTree[ z + o ]->DisconnectPipeline( );
 254
 255   } // elihw
 256 }
 257
 258 #endif // __fpa__Common__SliceBySliceRandomWalker__hxx__
 259 // eof - $RCSfile$