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 <itkMaximumImageFilter.h>
  14 #include <itkMinimumMaximumImageCalculator.h>
  15 #include <fpa/Common/RandomWalker.h>
  16 #include <fpa/Functors/Dijkstra/Image/Gaussian.h>
  17
  18 // -------------------------------------------------------------------------
  19 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
  20 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
  21 SliceBySliceRandomWalker( )
  22   : Superclass( ),
  23     m_Epsilon( TScalar( 1e-5 ) ),
  24     m_Beta( TScalar( 1 ) ),
  25     m_VesselnessThreshold( TScalar( 5 ) )
  26 {
  27   ivqITKInputConfigureMacro( InputLabels, TLabels );
  28   ivqITKInputConfigureMacro( InputVesselness, TScalarImage );
  29 }
  30
  31 // -------------------------------------------------------------------------
  32 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
  33 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
  34 ~SliceBySliceRandomWalker( )
  35 {
  36 }
  37
  38 // -------------------------------------------------------------------------
  39 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
  40 void
  41 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
  42 GenerateData( )
  43 {
  44   typedef itk::Image< TPixel, TImage::ImageDimension - 1 > _TSliceImage;
  45   typedef itk::Image< TLabel, TImage::ImageDimension - 1 > _TSliceLabels;
  46   typedef itk::Image< TScalar, TImage::ImageDimension - 1 > _TSliceScalarImage;
  47
  48   // Preare I/O objects
  49   const TImage* input = this->GetInput( );
  50   const TLabels* labels = this->GetInputLabels( );
  51   const TScalarImage* vesselness = this->GetInputVesselness( );
  52   this->AllocateOutputs( );
  53
  54   // Get vesselness range
  55   typedef itk::MinimumMaximumImageCalculator< TScalarImage > _TMinMax;
  56   typename _TMinMax::Pointer vMinMax = _TMinMax::New( );
  57   vMinMax->SetImage( vesselness );
  58   vMinMax->Compute( );
  59   TScalar vMax = vMinMax->GetMaximum( );
  60
  61   // Some values
  62   typename TImage::RegionType region = input->GetRequestedRegion( );
  63   typename TImage::IndexType regionIndex = region.GetIndex( );
  64   typename TImage::SizeType sliceSize = region.GetSize( );
  65   int numSlices = sliceSize[ 2 ];
  66   sliceSize[ 2 ] = 0;
  67   this->m_VesselnessValue  = TScalar( 0.01 );
  68   this->m_VesselnessValue *= this->m_VesselnessThreshold * vMax;
  69
  70   // Composite image
  71   typename TScalarImage::Pointer composite;
  72   this->_Composite( composite, labels, vesselness, vMax );
  73
  74   // Extract slices
  75   std::vector< typename _TSliceImage::Pointer > data3D( numSlices );
  76   std::vector< typename _TSliceLabels::Pointer > binaryTree( numSlices );
  77   std::vector< typename _TSliceScalarImage::Pointer > fusion( numSlices );
  78   for( int i = 0; i < numSlices; ++i )
  79   {
  80     // Prepare extraction region
  81     typename TImage::IndexType sliceIndex = regionIndex;
  82     sliceIndex[ 2 ] += i;
  83     typename TImage::RegionType sliceRegion( sliceIndex, sliceSize );
  84
  85     // Extract regions
  86     typename _TSliceImage::Pointer input_slice;
  87     typename _TSliceLabels::Pointer labels_slice;
  88     typename _TSliceScalarImage::Pointer composite_slice;
  89     this->_Slice( input_slice, input, sliceRegion );
  90     this->_Slice( labels_slice, labels, sliceRegion );
  91     this->_Slice( composite_slice, composite.GetPointer( ), sliceRegion );
  92
  93     // Update vectors with each image
  94     data3D[ i ] = input_slice;
  95     binaryTree[ i ] = labels_slice;
  96     fusion[ i ] = composite_slice;
  97
  98   } // rof
  99
 100   // Random walker slice-by-slice
 101   this->_RandomWalker( binaryTree, data3D, fusion, true );
 102   this->_RandomWalker( binaryTree, data3D, fusion, false );
 103
 104   // Join results
 105   typedef itk::JoinSeriesImageFilter< _TSliceLabels, TLabels > _TJoin;
 106   typename _TJoin::Pointer join = _TJoin::New( );
 107   for( int i = 0; i < numSlices; ++i )
 108     join->SetInput( i, binaryTree[ i ] );
 109   join->Update( );
 110   this->GetOutput( )->Graft( join->GetOutput( ) );
 111 }
 112
 113 // -------------------------------------------------------------------------
 114 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
 115 void
 116 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
 117 _Composite(
 118   typename TScalarImage::Pointer& composite,
 119   const TLabels* labels,
 120   const TScalarImage* vesselness,
 121   const TScalar& maxVess
 122   )
 123 {
 124   // Some values
 125   typename TScalarImage::RegionType region = labels->GetRequestedRegion( );
 126
 127   // Composite image
 128   composite = TScalarImage::New( );
 129   composite->CopyInformation( vesselness );
 130   composite->SetBufferedRegion( vesselness->GetBufferedRegion( ) );
 131   composite->Allocate( );
 132   itk::ImageRegionConstIterator< TScalarImage > v( vesselness, region );
 133   itk::ImageRegionConstIterator< TLabels > l( labels, region );
 134   itk::ImageRegionIterator< TScalarImage > c( composite, region );
 135   v.GoToBegin( );
 136   l.GoToBegin( );
 137   c.GoToBegin( );
 138   for( ; !v.IsAtEnd( ); ++v, ++l, ++c )
 139     c.Set( ( l.Get( ) != 0 )? maxVess: v.Get( ) );
 140 }
 141
 142 // -------------------------------------------------------------------------
 143 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
 144 template< class _TSlicePtr, class _TInput >
 145 void
 146 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
 147 _Slice(
 148   _TSlicePtr& slice,
 149   const _TInput* input,
 150   typename _TInput::RegionType region
 151   )
 152 {
 153   typedef typename _TSlicePtr::ObjectType _TSlice;
 154   typedef itk::ExtractImageFilter< _TInput, _TSlice > _TExtract;
 155
 156   typename _TExtract::Pointer extract = _TExtract::New( );
 157   extract->SetInput( input );
 158   extract->SetExtractionRegion( region );
 159   extract->SetDirectionCollapseToIdentity( );
 160   extract->Update( );
 161   slice = extract->GetOutput( );
 162   slice->DisconnectPipeline( );
 163 }
 164
 165 // -------------------------------------------------------------------------
 166 template< class _TImage, class _TLabels, class _TScalarImage >
 167 template< class _TBinaryTree, class _TData3D, class _TFusion >
 168 void
 169 fpa::Common::SliceBySliceRandomWalker< _TImage, _TLabels, _TScalarImage >::
 170 _RandomWalker(
 171   _TBinaryTree& binaryTree,
 172   const _TData3D& data3D,
 173   const _TFusion& fusion,
 174   bool down
 175   )
 176 {
 177   typedef typename _TBinaryTree::value_type     _TSliceBinaryPtr;
 178   typedef typename _TData3D::value_type         _TSliceData3DPtr;
 179   typedef typename _TFusion::value_type         _TSliceFusionPtr;
 180   typedef typename _TSliceBinaryPtr::ObjectType _TSliceBinary;
 181   typedef typename _TSliceData3DPtr::ObjectType _TSliceData3D;
 182   typedef typename _TSliceFusionPtr::ObjectType _TSliceFusion;
 183   typedef typename _TSliceFusion::PixelType     _TSliceScalar;
 184
 185   int numSlices = binaryTree.size( );
 186   int z = ( down )? -1: numSlices;
 187   int o = ( down )? 1: -1;
 188   while( ( down && z < numSlices - 2 ) || ( !down && z > 1 ) )
 189   {
 190     z += o;
 191     _TSliceBinaryPtr tmp = binaryTree[ z ];
 192     _TSliceBinaryPtr next = binaryTree[ z + o ];
 193     _TSliceData3DPtr data = data3D[ z + o ];
 194     _TSliceFusionPtr vess = fusion[ z + o ];
 195     typename _TSliceBinary::RegionType region = tmp->GetRequestedRegion( );
 196
 197     // Create seeds and background
 198     _TSliceBinaryPtr seeds = _TSliceBinary::New( );
 199     seeds->CopyInformation( tmp );
 200     seeds->SetRequestedRegion( region );
 201     seeds->Allocate( );
 202     seeds->FillBuffer( 0 );
 203
 204     itk::ImageRegionConstIterator< _TSliceBinary > tIt( tmp, region );
 205     itk::ImageRegionConstIterator< _TSliceFusion > vIt( vess, region );
 206     itk::ImageRegionIterator< _TSliceBinary > sIt( seeds, region );
 207     tIt.GoToBegin( );
 208     vIt.GoToBegin( );
 209     sIt.GoToBegin( );
 210     int len = 0;
 211     int numO = 0;
 212     int numB = 0;
 213     for( ; !tIt.IsAtEnd( ); ++tIt, ++vIt, ++sIt )
 214     {
 215       if( tIt.Get( ) != 0 )
 216       {
 217         len++;
 218         if( vIt.Get( ) > this->m_VesselnessValue )
 219         {
 220           sIt.Set( 1 );
 221           numO++;
 222
 223         } // fi
 224
 225       } // fi
 226
 227       if( vIt.Get( ) < this->m_VesselnessValue )
 228       {
 229         sIt.Set( 2 );
 230         numB++;
 231
 232       } // fi
 233
 234     } // rof
 235
 236     if( len == 0 )
 237       continue;
 238
 239     // Random walker function
 240     typedef fpa::Functors::Dijkstra::Image::Gaussian< _TSliceData3D, _TSliceScalar > _TFunction;
 241     typename _TFunction::Pointer edge = _TFunction::New( );
 242     edge->SetBeta( this->m_Beta );
 243     edge->SetEpsilon( this->m_Epsilon );
 244     edge->TreatAsWeightOff( );
 245
 246     // Real random walker
 247     typedef fpa::Common::RandomWalker< _TSliceData3D, _TSliceBinary, _TSliceScalar > _TRandomWalker;
 248     typename _TRandomWalker::Pointer rw = _TRandomWalker::New( );
 249     rw->SetInput( data );
 250     rw->SetInputLabels( seeds );
 251     rw->SetEdgeFunction( edge );
 252
 253     // Keep maximum
 254     typedef itk::MaximumImageFilter< _TSliceBinary > _TMax;
 255     typename _TMax::Pointer max = _TMax::New();
 256     max->SetInput( 0, rw->GetOutput( ) );
 257     max->SetInput( 1, next );
 258     max->Update( );
 259     binaryTree[ z + o ] = max->GetOutput( );
 260     binaryTree[ z + o ]->DisconnectPipeline( );
 261
 262   } // elihw
 263 }
 264
 265 #endif // __fpa__Common__SliceBySliceRandomWalker__hxx__
 266 // eof - $RCSfile$