Indonesi an  Journa of El ect ri cal  Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   1 4 ,  No.   1 A pr il   201 9 , p p.  478 ~ 489   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 4 .i 1 .pp 478 - 489          478       Journ al h om e page http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Hybrid  enh ance d  ICA &  KSVM b ased br ain  tumor im age  segment atio n       Thri vikra m  B at hini Ba sw ar aj G adgay   Depa rtment   o E le c troni cs  Co m m unic at ion  En gine er ing Visve svara y a   Technol ogic a Univer si t y ,   Indi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved  J un  1 7 , 2 018   Re vised  O ct   30 , 2 018   Accepte D ec  12 , 201 8       Medic a image  proc essing  is  an   important   aspe c in  di agnosis  an tre a tmen t   strat eg y .   Th tr e m endous  volum of  m edi c al   d ata  has  a ccel er ate the   n ee d   for  aut om at ed  ana l y sis  of  thi s   image,   m ore   so  in  the   ca se   Magne tic   Resonanc Im a ging  (MRI).  An  improved  K - m ea ns  al gorit h m   and  EM  al gorit hm   have   bee combined  i the   proposed  a pproa ch  to  prod uce   h y brid   strat eg y   for  be t te cl uster ing  a nd  segm ent atio using  Enh anced  ICA.  A   cl assifi er  for  bas ed  on  Support  Vec tor  Ma chi ne  ( SV M)  has  bee form ula te d   and  emplo y ed  for  the   cl assifi cat ion  of  bra in  tumors   in  Magne ti Resonanc e   Im age (MRI).  The   proposed   SV cl assifie r   u sed  k ern e in   the   form   of   Gauss ia ra dia basis  func ti on  k ern el   (GRB  ker n el to  improve  t he  cl assifi er  per form anc e .   Th per form an ce   o the  class ifi er  has  bee n   validated  throu g h   expe rt   clinical  o pini on  and   c al cu la ti on   of  p erf or m anc m ea sures .   Th re sul ts   ampl y   illus tra t e t he  suit abi l ity   o t he  proposed   class ifi er.   Ke yw or d s :   EICA   EM   GRB   Kernel   MRI   Copyright   ©   201 9   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Thr i vikram   Bath ini   Dep a rtm ent o Ele ct ro nics   Com m un ic at io E ngineeri ng ,   Visv es va raya  Tech no l og ic al   Un i ver sit y ,   Be la gav i,  Karn at aka India   590018.   Em a il : t hr ivikram bathini@ gm ai l.co m       1.   INTROD U CTION     The  num ber   of  m edical   i m agi ng   te ch niques  that  al ign   with   com pu te and  segm entat ion   al gorithm hav e   inc rease d.  T hese  te ch ni qu e are   exam ined  a nd  valid at ed  by  resea r cher s   th rou gh  the  ye ars.  A na ly t i c   m et ho dolo gies   [1 ]   ha ve  been   app li ed  f or   cl inica analy sis  l ike  cance tum or   sta ging.  Hum an  interp retat ion   of   i m ages  us e to   gr a de  t he  tum or m ay   var with  eac rea de as  it   de pe nds  on  the  visu al   featu res  of   le s ion s .   Hen ce these  appr oach es  pl ay   an  i m po rta nt  ro le   i ide ntifyi ng   a nd  gr a ding  the  t um or The refo re,  a autom at ed  i m a ge  a naly ti process  is  us e t cl assify   t he  br ai tum or wh ic a re  ca pa ble  of  quantit at ively   assist ing   in  bette ob j ect iv diag nosis.  S ince  tum or   do e not  ha ve   pr e - de fine char act erist ic ,   it   is   i m po rtant  that  these  le sions  be   diff e re ntia te into  norm al   and   ca nce rous  tum or accurat el y.  Thu s the  br ai tum or   i m age  analy sis  is  chall eng i ng  ta sk T he  proce ss  us ed  for  im age  analy sis  to  diagnose  cancer  is   diff e re nt fro m  the r ece nt  wor ks   on the  g e net ic  an al ysi s of tissue sam ples [2] .        The   m or ph  m et ric  m e tho ds  use   m e tho ds  tha find  the  c orre la ti on be twee br ai sha pe  and  diseas e   sever it y,  by  st at ist ic ally  identify ing   an c ha racteri zi ng  str uctu ral  dif fer e nces  am on pe op le O wing  to  the  i m pr ovem ent  in  res olu ti on  of   a natom ic al  hum an  br ai sca ns   a nd  i m age  processi ng  te ch niques,   m any   appr oach es  to  char act e rize  the  diff ere nces  i sh a pe  an ne uro - a natom ic al   con fig urat io of   diff e ren br ai ns   hav em erg ed  in  the  rece nt  tim es.  The  m or ph   m et ric  analy sis  of   brai n’s   m agn et ic   resonan ce  im ages   (MRI)   hav gaine popula rity   to  exam ine  the  neu r oa natom ic al  correla te of  no rm al   br a in  de velo pm e nt  an neur ologica diso r de rs. Si nce,  MR is  the  best  m edical  i m ag ing   te ch no l og y   fo diag no si ng   patho l og ic al   brai ns  by  pro vid in detai ls  MR   i mages  f ro m   different  m od el it i es.  These  MR   i m ages  can  be   us ed  t stu dy   an com par brai tum or on  pre op e rati ve  a nd  po st operati ve in  ad diti on  to   be  us e to   det erm ine  the  res ect ion   extent [ 3].   The  b rain  s hap e of  d iffer e nt p at ie nts su f fer i ng   from  sch iz op hre nia, au ti sm alz heimer ,   dysle x ia  an Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Hyb ri e nhanc ed ICA  & KSVM base d br ain   tumor im age s egm e nta ti on   ( T hr iv ik ram B athi ni )   479   Turne r' syndr om has  bee stud ie by  res earche rs.   Segm entat ion   is  c omm on ly   req ui red   as  a   prel im inary  sta ge  w hile  an al ysi ng   the  m e dical   i m ages  f or   c om pu te r - ai ded   diag nosis  and   t her a py.  H ow e ve r,   the  i ntrin sic   natu re  of  the  i m ages  m akes  m edical   i m age  segm entat ion com plex  and   c halle ngin ta sk T he  preci se   segm entat ion   of  the  brai i im po rtant  due  to   it com plica te str uct ur e S om of   the  pr om inent  i m age   processi ng   te c hn i qu e that  ha ve  been   pro pose f or   t he  s egm entat ion   of  brai MR I   a re  th reshold r e gion - grow i ng  an cl us te rin g.   T he  di stribu ti on  of  ti ssu inte ns it ie in  br ai im ag es  seem ver com plex  that  create   diff ic ulti es  in  t hr es hold  deter m inati on T his   m akes  the  th r esh old   m et ho ds  restrict ive   an the refo re,  it   has  t be  com bin ed w it oth e m et ho ds . T he regi on   grow i ng tech niq ue , is an  e xte ns io n of  the t hresh old  m et ho d, that   is,  it   is  c om bin at ion  of  t hr es ho l m et ho a nd  c onnecti vity   co nd it io ns   or  re gion  hom og eneit crit eria.  Here ,   the  anat om ic al  inf or m at ion   s hould  be   preci se  so   a to  su c cessf ully   l ocate  the  sin gle/m ulti ple  seed  pi xels  f or  each  reg i on  a nd  c om bin it   with  th ei ass oc ia te hom og e neity A nother   popula r   m et ho use f or  m edical   i m age  segm entat ion   is  cl ust er ing .   S om ty pi cal   cl us te rin m et ho ds   i nclu de  f uzzy  c - m e ans   (F CM   cl ust ering  and ex pe ct at io m axi m iz ation   (EM)  al gorithm s.   In   t he  pr opose al gorithm i m pr oved  K - m eans  al gorithm   is  co m bin ed  wit EM  al gorithm to  pro du ce   hybri strat egy  f or   an  e nh a nce cl us te rin g.  T his  al gorithm   aim s   to  us the   wel distrib uted  cl us te r   that  is  der ive from   the  K - m e ans  al ong  with   the  com pactness  of   cl ust ers  that  is  pr ovide by  EM.  T he  init ia l   cl us te rs  are  pr ov i ded   by  i m pro ved   K - m ea ns   al gorithm These  cl us te r s   pr od uce  cent ers  w hich  are  widely   sp rea in the given  data. T he  centers ar e the us e as init ial v ari able for  E M t find  the local  m axi m t hro ug diff e re nt  it erati on s T his  is  f ol lowed   by  m od ific at ion   of  G aussian  m ixture   m od el   an e nh a ncem ent  of  ICA   segm entat ion   appr oach.  Ne xt the  tum or are  cl assifi ed  as  ben i gn   a nd   m al ign ant  us i ng   Kernel  SVM The  discre te   wa vel et   transfor m (DWT is  us e to  e xtract  th featur e [ 4],  [ 5]   w hich  a r furthe re duced  to   i m pr ove  the   cl assifi cat ion   ac cur acy   us in t he  P rinci pal  Com po ne nt  A na ly sis   (P CA) Af te r   the  featu res  a r e   extracte d, S V M cl assifi er is  us e to  classi f y t hem .     In   this  pap e r,  the  Gaussi an   rad ia basis  functi on  ke rn e l   (G RB   kerne l)  is  us ed  t analy se  th e   cl assifi cat io n.   Var i ou perfor m ance  m easur es  [6 ] - [ 8]  an exp e rt  cl inica op i nions  ha ve  been   us e to  va li date  the cla ssific at ion  m et ho d / al gorithm .       2.   REVIEW  OF   LIT ERATUR E   Var i ou s   segm entat ion   a ppr oa ches  hav e   bee re porte in  t he  li te ratur e   an ha ve  bee st ud ie ov e a   per i od   of  ti m e.  E m ph asi s h a ve  b een  giv e to  the seg m entat i on   of   br ai MR  i m ages.  So m e o the r ece nt  works  m entioned   i the  li te ratur hav be en  p ixel  cl assi ficat ion   ba sed   br ai m agn e ti reso na nce   i m ages   segm entat ion   ha been   prese nt ed  by  A.   In   [9] wh ere  a uto m at ic   seg m entat i on   of   brai int fou cl asses  li kes  backg rou nd,  cereb rospi nal  fluid gr ey   a nd   wh it m atter  is  perform ed.   A uns up e r vised   and   k no wled ge   based  sk ull  st rip ping   al gorithm   fo r   br ia m agn et ic   i m aging   te r m ed  as  S ba ses  on  br ai anatom and   i m age  intensit char a ct erist ic s   was  perform ed  in   [ 10 ] In   [11] P. Moesk ops  et . al us ed  a da ptiv intensit thre sh ol d,   after  wh ic m orp ho l og ic al   opera ti ons  is  ca rr ie to  boos t   rob us tnes s.  A a uto m at ic   s egm entat ion   m et hod  wh ic is  based  on   the  Co nvol ution   Ne ural   Netw orks   (C N N)   an e xp l ores  s m al l   3×3   ke rn el is  desc ribed   i [12] He re  int ensity   norm ali zat ion   is  us e with  data  a ugm entat ion as   the  processi ng  ste that  prov i des  eff ect ive  resu lt for  brai t umor  se gm entat ion   in  m agn et ic   resona nce  im a ges.   T he  detect ion   of  hu m an  br ai tum or   us in m agn et ic   resonan ce  im age  segm entat ion   and   m or ph ologi cal   op e ra tor has  bee pr es ented  i [13] Her e   the   tum or   cel ls  w ere  se par at e f ro m   norm al   ce ll   us in m or ph ologica operat or s   com bin e with   conve ntion al   i m age  processi ng   te c hn i ques.   Mi cro wa ve  i m aging   was  use in  [14]   to  detect   the  brai tum or   and   local iz at io of   dee br ai RF  so ur ce.  Her e,  Le ve nb e r g - Ma r qu adi  it erati ve   schem was  us ed  as   m ic ro wa ve  im agin te ch niqu es  to  so l ve  th inv er se  scat te rin pro blem   for  the  he ad   of   the  phant om   in   403.5MHz  m e dical   rad io  ba nd.  It  was  seen  thr ough  the  si m ulati on   res ults  that  at   le a st  45   dB  SN R   wa s   require f or  s m al tu m or   detect ion Her e a local iz at ion   m et hod  ba sed  on   m ic ro wa ve  im agin is  use f or  d ee br ai RF sou rc e. A  sem i - su pe rv ise cl us te ri ng tech nique tha t uses th e c on c ept o m ulti  o bject ive opti m izati on   for  se gm entat i on   of  m agn et ic   resona nce  brai im age  in  intensit sp ace   is  p r opos e by  A.K.  In   [ 15]   the  intensit value we re  use as  featur e a nd   a   m od ern   obj ect i ve  op ti m iz a ti on   te ch nique  w hich  us es  t he  c on ce pt  of   sim ulate ann eal in is  im plem ented  to  op ti m iz the  t hr ee  cl us te va li dity   ind ic es.  Its  pe rfor m ance  wa s   com par ed  with   ap proac hes  li ke  FCM ,   E xpe ct at ion   m axi m iz at ion fu z zy - VGAP cl ust erin te ch nique s.  An  e m pirical   wavel et   transfor m   (E WT)   m et ho to  e xtract  the   featur e of   brai S PECT  im age  an assist   in   br ai tum or   detect ion   wa pr op os e in  [16] T he   i m age  is  decom po sed  int a   nu m ber   of   s ub - ba nd   im ages  us i ng   E W T,   w hile  s egm entat ion   is  done   usi ng  t he  fu zzy   C -   m eans  cl us te ri ng,  to   achie ve   bette acc ura cy The   Suppor t   vec t or  m achine  cl assifi er  wa us ed .   sp at ia f uzz C - m eans  (SPFC M)  al gorithm   was  prese nt ed  in   [17]   for  segm e nt at ion   of  m agn et ic   resonan c i m ages.  Her e the  sp at ia info rm at ion   from   the  neig hborh ood  of  each  pi xel  is  e m plo ye an reali zed  by  de fining  probabil it fu nctio n.   T he  SP FC al go rithm   helped   t so lve  the  prob l e m   relat ed  to  s ensiti vity   to  noise   and   intensit y   in  ho m og ene it in  m agn et ic   resonan ce  im a ging   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 4 , N o.   1 A pr il   201 9   :   478     489   480   data  an hen c i m pr ove  the   segm entat ion   resu lt s.  T he  auth or pro ve that  the  SP FCM   had   bette r   perform ance  than  so m of   t he  FCM   based  al gorithm s.  cl assifi cat ion   m et ho t cl as sify  br ai m agn et ic   resona nce  im a ges  as  norm al  and  ab norm al   us in wa vel et te xtu re  fea tures  a nd  k - m eans  cl assifi er   was   pro po se d   in  [ 18 ] Her e,  t he   Eucli dean   dis ta nces  we re  m easur e betwe en  featu re  vec tor  of  te st  m a gn et ic   resona nce  i m age  an k - m ea ns   cl assifi er  w as  fed   with  refe ren ce  m agn e ti reso na nce  i m ages.  f our   ph ase   hybri ap proa ch  was  pr ese nt ed  in  [19]   w hi ch  can  be  us e f or   br ai t um or   detect ion   and   cl assifi cat i on   in   m agn et ic   reson ance  i m ages.  The  first  phase   includes i m a ge  pre - processi ng   th rou gh  no i se  filt ering   an sk ull   detect ion I th seco nd  phase the  featur e a re  ext racted  usi ng   gr ay   le vel  co - occ urren ce  m at rix.   N or m al   an abno rm al   c la ssific at ion   of   i nputs  us in l east   sq ua re  s upport  vecto r   m achine  cl as sifie with  m ulti la yer   per ce ptio ke r nel  is  dealt   in  the  thir phase .   The  f o ur th  ph ase  was  se gm e ntati on   of   tum or,  f or   wh ic a uthors  us e fa st  bo unding  box.  T his   i m ple m entat ion   was  fou nd  to   be  96. 3%  acc ur at e.   T he  perf or m ance  analy sis  of  diff e re nt  m et ho ds   of   tum or   de te ct ion   was  de scribe in  [ 20] com par at i ve  stud bet we en  dif fer e n m et hods  for  tum or   dete ct ion   was  desc ribe by  the  a uthors  w hile  em ph asi zi ng   on   the  ro le   of  se gm entat ion   in  m edical  i m aging T hey   sh owe that  segm entat ion   works  ef fici en tl in  detect ing   an e xtracti ng   t he  tum or   from   m agn et ic  r es on ance im aging .         3.   PROP OSE APP ROAC H   Ther a re  m an i m po rtant  ap plica ti on of  bl ind   source  se par at io thr ou gh   in de pende nt   co m po ne nt   analy sis  in  m any  areas   li ke   signa proc essing  an m edical   sig nal  processi ng.  M any  com pu te r   ai ded  al gorithm ha ve  bee pr opose ove the  ye ars,   that   can  be  im ple m e nted  to  a naly ze  m agn et ic   reso na nc e   i m ages,  li ke   Ei gen im age an al ysi s,  pr i ncipal  com po ne nt an a ly sis   (P CA)  and fuzzy  C m et ho d et c. Eig en  i m age   analy sis  is  better   wh e it   com es  to  of fe rin a eff ect ive  se gm entat ion   and   featur e xtracti on.  H ow e v er wh e it   com es  to  sat isfact or se gme ntati on  of  br a in  ti ssu es the   neural  netw ork   base m et ho ds  pro ve  t perf or m   bette r.   The se  m et ho ds   pr ov i de  bette pe rfor m ance  wh e com par ed  to  the  cl assic al   m axi m u m   li kelihood  m et ho ds.  T here  has   bee a   ri se  in  t he  m ult i - sp ect ral  im ag es,  du e   to  w hich  m any  segm entat ion  an a naly si s   proce dures  ha ving  their  ba se  on  ort ho gonal  pro j ect io n,   Kalm an  filt er,  et ha ve   been  sub j ect ed  to  enh a ncem ent  ov e the  ye ar s.  These  proc edures  howe ve r,   posse ss  a   dr a wb ac k,   t ha they   req ui r pr io knowle dge.  T her e fore,   the  i nd e pe nd e nt  c om po nen a nal ysi (I C A)   se gm entat ion   m et hod  pro vid e bette perform ance in  the se gm entat i on of  br ai ti ss ues.    ICA  ca be  use to  i de ntify  li near   non - ort hogo nal  co ordin at syst e m s.  The  data’s  sec ond  an highe r   orde r   sta ti sti cs  determ ine  the   directi on   of  a xis  c orres pond ing   t t he  c oo rd i nate  syst em s.  T he  tr ans f orm ed   var ia bles  that  are  f ound  by  the  li near  tran sform at ion   of  data  by  ICA   are  s uch  that  they   are  sta ti s ti cal l ind e pende nt  from   each  oth er   as  far   as  poss ible.    This  m e ans  that  the  I CA,  just  li ke  pr i ncipal  com pone nts  analy sis   (P CA te chn i qu e is  us ef ul  in  fin di ng   the  data  struct ur e.  T he  I CA,  ho wev e r,  has  dr a w ba ck  of   assum ing   the  s ources  to  be  in dep e ndent. D ue   to  this  the  c oncept  of   m ixtur m od el have  been   i ntr o du ced  s that  the  data  obser ve ca be   char a ct erized  into  diff e re nt  m utu al l exclu sive  cl asses.   O ne  of   t he  im per at ive   ste in  IC is  choosi ng   pro per   sea rch  sp ace.  Hen ce the  ge ner al i zat ion   co ns i de rati on a re  ge ner al ly   pr ece de by  di m ension al it red uctio n   pr oce dures  in  IC A.   This  i m pr oves   the  gen er al iz at ion   pe rfor m ance  of   ICA  al on wit re du ct io i the  c om pu ta ti on al   com plexity Exp ect at io m axi m iz at io al gorithm   (EM)  is  us e to   est im a t the  pro bab il i ty   den sit ie th r ough  e xpect at ion  m axi m iz a tio cl us te rin g.   The  EM  al gori thm   is   base on   the  s earch  of  m axi m u m   chan ces  of   pa ram et er  e stim at es   wh ic can  be  m ade  wh e the  data  m od el   is   dep e ndent  on  certai la te nt  var ia bles.  I t he  al gorithm   pr ese nted   in  t his  pa pe r,   the   init ia cl us te rs  are  identifie us in K -   m ean al gorithm   after  wh ic ex pectat ion   (E an m axim iz at ion   (M)  ste ps   are  pe rfor m ed   al te rn at ively   to  converge  int resu lt   thr ough  it erati on.  Th la te nt  var ia bl es  are  us e in  t he  sam way  a they   wer obser ve to  com pu te   th exp ect at io of   c ha nces  (E ).  The  r es ults  of   the  la st  ste are  us e to  c om pu t e   the m axi m u m   pro bab il it y i the m axi m iz ati on ( M)  step .     Ma them a ti call y for a  giv e t r ai nin g datase t     ( 1 ) , ( 2 ) . . . . . . . ( ) x x x m               (1)     And  m od el     ( , ) p x z                   (2)     Wh e re z  is the   la te nt v aria ble,  w ha ve:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Hyb ri e nhanc ed ICA  & KSVM base d br ain   tumor im age s egm e nta ti on   ( T hr iv ik ram B athi ni )   481   1 l o g ( ; ) m l p x                  (3)   1 l o g ( ; ; )  m z p x z               (4)     Wh e re,  x, y,z  and     re pr ese nt   the  log   li ke li ho od.   Since   is  an  unknow la te nt  var ia ble,   appr ox im at ion ha ve  bee us e d,   wh ic are  f or m ed  in  a nd   ste ps   de scrib e ab ove.  It  can  be   m at he m at ic a lly wr it te as:   Step, f or  eac i :       ( ) ( ) ( ) /; i i i i Q z p z x               (5)     M Ste p, f or all  z:     ( ) ( ) () () l o g .; : a r g m a x ( )  ii i i i iz i p x z t Q z Qz         (6)     Wh e re  i Q   the  pos te rior   distri bu ti on of is  () i z   ‘s  g i ve the   () i x   s .     Con ce ptu al ly   to  inc orp or at t he  s patia inf orm ation   int G MM as  ty pi cal   var ia ti on  of  GMM  is   pro po se by  usi ng   t he  MR F   m od el   as  pr ior.   Dif fer e nt  f ro m   GMM,  ea ch  pix el   i MOD IF I ED G MM   is   char act e rized  by   it s p r ob a bili ty  v ect or   12 , , . . . . . . . , c i i i i   w her e   k i denotes the  pro bab il it y o the  i th   pix el   belo ng i ng to  t he  k th  cluster .   In m od ifie d G MM , th e c orre sp on ding m ixtur e  m od el  o f   xi   is assum ed  as     1 / , / c k i i i k k p x p x               (7)     wh e re   / p x i k is a   Gau s sia n dist ri bu ti on  with  pa r a m et ers  ,  k u k k     To  ta ke  the  spa ti al   dep en de nc into  acc ount the  pr io dis tribu ti on  of  π  is  giv e by  the   MR m od el   thr ough a  Gibb s   de ns it y f un ct i on       1 e x p /  i N N i p V Z             (8)     wh e re Z  is a  norm al iz ing  con sta nt and β  is re gu la rizat ion   pa ram et er.    The  cl iq ue   pot entia functi on   of  t he  pix el   l abel  vecto rs  π m   is  giv en  by   V Ni   w hich  li es  within   the   neig hborh ood  Ni of t he  it h   pi xel        i i Z N i m m c N V             (9)     No ti ce  that  t he   1 , 2 , . . . . . k in  GMM  is  s har e by  al pi xels,  wh e reas  in  MO DIFIE D GMM  i is  dif fer e nt  f or  each  pix el   a nd  dep e nds  on  it nei ghborin pix el s.   I M O DI F IE DG MM ,   th m od ifie EM   al gorithm  is u ti li zed to   ob ta i n t he  m axi m u m   a posterio ri ( M AP )  esti m a ti on  of the  p a ram eter s.   Subseque ntly  the  ICA  is  do ne  at the  fo ll owin le vels   1.   En han cem ent  of   e nergy  crit e ria:   Eigen  valu es  are  use t determ ine  the  eff ect ive ness  of  the  f eat ur e s.   These   ei ge va lues  a re  in dic at ive  of  t he  ori gin al   data;   the   ei ge value   s pectr um   on   t he   ot her  ha nd  ind ic at es  the  e nergy  of   t he  or iginal  data.  T he   inform at ion   t hat  represe nts  the  or i gin al   da ta   need to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 4 , N o.   1 A pr il   201 9   :   478     489   482   be  prese ver e t the  m axi m um  extent  w hile  trans fo rm ing   f ro m   hig di m ension al   s pa ce  to  lo wer   dim ension al  spac e.    2.   Im pr ov em ent  of   m agn it ude  c rite ria:   In   orde to  im ple m ent   the  ICA  i this  reg a rd,  it   sho uld   be  do ne  in  re duced   P CA  s pace  s t hat  the  sm al valued   t rail ing   ei gen   value a re  not  incl ud e d.   T h e refor e ,   these  crit eria  favo ur lo dim ension   s pac es  wh e reas  th s m al valued   trai li ng   ei ge val ues  are   exclu ded.     An   im pr ove perform ance  is  achieve in  the  pro posed  work   by  usi ng   dim ension al it red uc ti on  proce dures  t ha aim   at   balancing   t he  e nerg and   m agn it ude  crit eri on.  I CA,  a e xtensi on  to  t he  co - va riance   base PC is  us e to   so l ve  BSS  pr ob le m li ke  coc ktail   pa rty   pro blem The  obser ve sign al a re  m ade  up  of   li near  c om bin at ion   of origin al  sig nals and a   m at rix  m ixtur e   It can  b e  r e pr es ented  a s       X A S                   (10)     W=A - in vers e is com pu te d t o ob ta in  m ixing  m at rix  A. Th e IC is  obta ine as:       , ˆ WX S                   (11)       ˆ S S                   (12)     The  s uspic iou s   reg i on nee t be  segm ented  f ro m   an  IC.  Assum ing   ti j   to  be  t he  (i,   j)   ‘t h   el em ent  of  co - occ urre nc m at rix  W   t ha co ns ide rs  t he  gr ay   le vel  tra nsi ti on betwee t wo  ad j ace nt   pi xels.  T he   eq uation  is wr it te a s:       11 ( , )   MN ij ik t l k               (13)     Wh e re     1 , 1 ( 1 1 , ) , ( , ) , ( , 1 ) / ( 1 , ) , ( 1 1 , ) 0 , { d i f k i I I l k i I I K a n d o r I k I k j   Othe rw ise                   (14)      The pr obabili ty  o f  a tra ns it io n of t his  gr ay  l evel f ro m  i to  j can  be de fine d as       11 00    ij ij LL ij ij t P t                 (15)     Her e t‘re pr ese nts  the  thre sho ld  that  par ti ti ons  the  c o - occurre n ce  m at rix  t hat  is  def ine by   (13).  Th e   co - occ urren ce  m at rixes  are  f irst  gro up e i nto   qua dr a nt nam ely  A,   B,  and   D,   after  w hich  t he are   gro up e i nto   f or e gro und  a nd   bac kgr ound  obj ect s T he  on es  ha ving  pix e ls  with  i ntensit le vel  great er   than   thres ho l f al into  t he  f oreg round  obj e ct   cat e gory  w hile  th ose   with  pix el   i ntensity   le ss  th an  th res ho l fa ll   into   the  backgro und  cat e gory.  T he   tran sit ion s   within   bac kgr ound  a nd  f ore gro und  a re  re pr ese nted   by  a nd  qu a drants  w hile  the  transiti ons  acro ss  bo unda ries  betwee f or e gro und  an back   gr ounds  a re  represe nted  by  B   and D q ua dr a nt s.  The  foll owing eq uatio ns   re pr ese nt the  pr obabili ti es asso c ia te with  each  of these  qua drants .         00   tt t A i j ij PP     1 01  tL t B i j i j t PP     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Hyb ri e nhanc ed ICA  & KSVM base d br ain   tumor im age s egm e nta ti on   ( T hr iv ik ram B athi ni )   483   1 10  Lt t C i j i t j PP     11 11   LL t D i j i t j t PP           (16)     The  cel pro ba bili ti es can  be   us e to  obtai t he pr obabili ti es in eac h q uadr ant:     / ij t i j A t A P P p   / ij t i j B t B P P P   //  i j i j tt i j C i j D tt CD pp PP pp         (17)     In  the  pro pose wor k,   a   loca entr op base th res ho l ha bee em plo ye to   se gm ent   the  tum or .   Since  the  local   transiti on f rom   back gro und  to  backgro und  (BB)  an obj e ct to  ob j ect ( FF)   are  re pres ented   by qua dr a nts  A  and C  res pecti vely , th e m at hem at ic al  d ef init ion o l ocal ent r op ie s  can  b e  writ te as:         // 00 ( ) . l o g    tt tt B B i j A i j A ij H t P P             (18)       11 // 11 ( ) . l o g    LL tt F F i j C i j C i t j t H t P P             (19)     The  sec ond - or der   l ocal  entr opy  can  be  ob t ai ned   by  su m m ing   up  the  l ocal  withi n - cl a ss  transiti on   entr op ie of th e f or e gro und  a nd the   bac kgr ound a nd ca n be  w ritt en  as       ( ) ( ) ( )  L E B B F F H t H t H t               (20)     Ma xim iz ing  th e ab ov e  equati on r es ults in  a t hr es hold  base d o local  e ntr opy,  us in g w hich  the  tum or   can  be  se gm ented       m a x a r g ( ) t L E L E t H t               (21)     3.1.   Me thod   The  pro pose appr oach   is  to  be  co ded   us in Ma tl ab. The  ste ps   invol ved   i the  process  c an  be  li ste as b el ow.   a.   Popu la ti ng  t he   re qu i red  im ag es  f or  a naly sis  from   database li ke  B rain  T um or   Disease   database   an i m ages s ource d from  o ther  s uper  sp eci al ty  hosp it al s.    b.   Perfo rm ing   pr e processi ng   ope rati on s   li ke  no i se  rem ov al e dge  detect ion   a nd  th res ho l ding  to  rem ov the b ac k g rou nd a nd o t her cl inica ll y i rr el eva nt thin gs i t he  context  of the  pro po se a naly sis    c.   Desig ning a n En han ce d ICA  Mi xtu re  Mo de l (EI C AMM)  f or aut om atic segm entat ion  of  br ai n.     d.   Desig ning  C la ssifie base on   Sup port  Vecto Ma chi ne  ( SV M)   f or  cl assify ing   a nd   co rr el at in diff e re nt n e uro log ic al  d is orde rs.     e.   Desig ning  Gr a phic al   Use I nterf ace  ( G UI)  us i ng   Ma tl ab  for  loa din t he  re quire im age  fo r   analy sis, pr oce ssing t he res ults an d pr e sentin the  inter pret at ion   f.   Vali dating t he   resu lt by c ompari ng w it h st and a r d data set s  and e xp e rt cli nical  opini on    g.   Perfo rm ing   Re cei ver   O per at i ng  Cha racteri s ti (ROC)  a na ly sis  to  valida te   the  pe r form ance  of  the   cl assifi er.        4.   RESU LT S  &  DISCU SSI ONS   The  f ollow i ng   sect ion   su m m a rizes  the  resu lt of   the  pro pos ed  segm entat ion   ap proac h.   Th pr op os e was  co de in   Ma tl ab  20 12   a nd   the  validit of   the   segm entat ion   is  de m on strat ed  with  the  he lp  of  evaluati on  pa r a m et ers.   The  gro und  tr uth   im ages  f or   va li da ti on   we re  obta ined  th r ough  m anu al   se gm ent at ion The  f ollow i ng  i m ages  l ist e in  Figu re  1   ha ve  bee co nsi der e for  te sti ng   an valida ti on T hav true   represe ntati on   the im ages ar of d if fer e nt siz es an i ntensit y values .   The  histo gr am   prof il e o f   the  i m ages  ser ves  t giv a   tre nd  in d ist rib utio of  inte ns it valu es  an hel in  the  init ia sta ges  of   the  c hoos i ng  the  th r esh old T he  histogram   of   th e   i m ages  is  il lustrate in  t he  F igure  2. T he  bel ow   s how are  the  histo gr am   pr ofi le s,  cl early   il l us trat es  that  th te st  i m age  hav dif fer e nt  intensit prof il an va r ia nt  pix el   distri bu ti on.  T his  pi xel   distrib utio is  al so   influ en ced  the  ty pe  an the  locat io of   the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 4 , N o.   1 A pr il   201 9   :   478     489   484   tum or   too Sim il arly  the  size  of   the  tum or   al so   play cru ci al   ro le   in   def inin the  intensit prof il e.  The   intensit pr ofi le   of   par ti cual reg i on   ca al so   giv a incli nation  to ward per c e ntage  of  scat te red   el em ents.   Ed ge dete ct ion refe rs  t the  pr ogressi on of id entify  and l oca te  sh ar p disc onti nu it ie s in  a i m age.    Ed ge  is  basic  and   im po rtant f eat ur e o a im age.  Im age  is   com bin at ion   of   ed ges Dete ct ing   ed ge s   is on e of the  m ai nly si gn i ficant featur e s in  im age seg m ent at ion . E dg e de te ct ion  is a v it al  ste as it  is a  p ro ce s s   of   ide ntifyi ng   and   locat es  s ha rp   dis - c on ti nui ti es  in  rep res entat ion T he  e dg e of   the  te st   i m ages  as  ide ntifie us in Pr e witt   edg d et ect or   i il lustrate throu gh   F i gure  3.  The  com plex it of   m edical   i m age  segm ent at ion  can  be  cl early   unde rstood  fro m   the  abo ve  i m ages.  Eve thou gh   we  are  us in sim il ar   edg de te ct or   we  can   see  an  a ppreci able  di ff e ren ce   in  perform ance  betwee dif f eren im ages.  I can  be  cl earl ob se r ved  tha the  edg e are   neatl dem arcate in  im age  (b)  w her as  in   im a ge  (c t he  e dg e ap pear e t m erg a nd   i t he  case  of   im age  (a)   it  app ear to  be  cl uttered  an di storted.   It  can   be  ob se rv e f ro m   the  intensit pr of il an edg e s   that  te st  im age prese nt  ve r com plica te ta sk   for  se gm e ntati on .   T he  re su lt of   t he  se gm entat ion   of  these   te st im ages u si ng the  pro pose a ppr oach are  dep ic te d u sin g t he  F ig ure  4.                   Figure   1. Im age ( a) , im age ( b) a nd i m age ( c)  conside red f or evaluati on           (a)   0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 x   1 0 4 S l i c e   h i s t o g r a m Fr e q u e n c y I n t e n s i t y Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Hyb ri e nhanc ed ICA  & KSVM base d br ain   tumor im age s egm e nta ti on   ( T hr iv ik ram B athi ni )   485     (b)     (c)       Fi gure  2.   Histo gr am s   of i m ag e (a) Im age (b)   i m age ( c)                     Figure  3 .   The  e dg e s ide ntifie d f or  test  im ages u si ng prewitt   op e rato r   of   im age  (a)  im age (b) im age ( c)       0 50 100 150 200 250 300 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 x   1 0 4 S l i c e   h i s t o g r a m Fr e q u e n c y I n t e n s i t y Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 4 , N o.   1 A pr il   201 9   :   478     489   486               Figure  4 .   Tum or in im age ( a) , im age ( b), a nd im age ( c)  are  seg m ented using t he p rop os e a ppr oach       Thro ugh  F i gur 4,   it   can  be  cl early   ob se rved  th rou gh   vis ual  ins pecti on  that  the  pro pos ed  ap proac ha delivere nea and   cl ean  se gm entat ion The   per f orm ance  i cl e arly   visible  in  i m age  (a)   and   im age  (c) wh il e   in  i m age  (b)  we  can  obser ve   so m of   the   backgro und  e lem ents  hav al so   bee incl ud e d.   T il lust rate  the   eff ect ive ness  of  the  se gm entat ion   sam ple  il lustrati on   of   i ntensity   pro fili ng   of  the  se gm ented  t um or   i m ag (b)  is  giv e in   the  Fig ur e   5 .   It  ca be  cl ea rly   obser ve f ro m   the  fi gure   there   is  a   nea distrib utio of  the   segm entat ion   ind ic at in cl ear   pr ofi li ng.  Th validit of   t he  segm entat i on   is  evaluate thr ough  eval uation  par am et ers  dis cusse in   sect i on  4,  t hes a re   com pu te by  com par ing  the   segm ented  im age  with  t he  gro und  truth o btaine d usin m anu al  s egm entat ion . T he results  of e va luati on   are li s te usi ng the  T able 1 .           Fig ure  5 .   I nten sit y p rofil e d ist rib ution o se gm ented  im age ( b)        Table  1.   E val ua ti on   par am et e rs  f or the  pr opos e se gm entation  a ppr oac h   I m a g e   PRI   VO I   G CE   J ID   JD   PSNR   I m a g e ( a )   0 .99   0 .04 1   0 .00 4   0 .83   0 .16   6 2 .15   I m a g e ( b )   0 .96   0 .23 1   0 .01 2   0 .87   0 .12   4 5 .58   I m a g e ( c )   0 .99   0 .04 1   0 .00 4   0 .91   0 .05   6 0 .15       Fr om   the  T abl 1,   it   can  be  i nf e rr e that  the   pro po se m eth od  has  deliver ed  in  te rm of   al the  evaluati on   par am et ers  .I is  al so   interest ing   to  obse rv e   that  the  i m age  (a)   w hich  pr oduce cl utter ed  has  in  fact   been  segm ented  bett er th a t he oth er tw im ages as  evi den t   fro m   the ev al uation pa ram et ers .   0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 50 100 150 200 250 300 P i x e l   p o s i t i o n I n t e n s i t y   p r o f i l e I n t e n s i t y Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Hyb ri e nhanc ed ICA  & KSVM base d br ain   tumor im age s egm e nta ti on   ( T hr iv ik ram B athi ni )   487       Figure  6 .   O ver l ap  im ages o f  s egm ented  im ag es w it h g rou nd tru t im ages       The  overla i m ages  of  gro und  truth   im ages  a nd   the  se gm ented  i m ages  il lustrate us in Fi gure  al so  cl early  p oi nts t o near  p e rf ect  s egm entat ion  ac hieve d wit t he  h el p o t he  propose a ppr oa ch.   In   the  pr es ente w ork,   cl ass ifie base on  Kernal  base s upport  vect or   m achine  (KSV M)  has  bee i m ple m ented.   Her e after  tu m or   is  seg m ented,   analy sis  is  done  us in thi rteen  di ff e ren par am et ers  extracte us in D WTs.   Fo r   this,   DB5   wa velet   is  use d.   A fter  th extracti on  of   t hese  par am et ers,   PC a nal ysi is  e m plo ye that   reduce the  dim ension al it of   t he  par am et ers  f or   t he  extracte data   set A fter  th PC A   analy sis,  Gau ssian  rad ia l   basis  (G RB )   ker ne is  e m plo ye for  ke rn el   base supp ort   vector   m achine   cl assifi cat ion .   Ther e   are  m ore  than   12 ty pe of  brai tu m or wh ic diff e in  ori gin,  l ocati on,  siz e,  c har act erist ic of   the  tum or   ti ssu es,  as  def i ne by  the  Wo r ld  Healt O rganizat ion   ( WH O)   cl assifi cat ion   syst em   [ 21 ] - [ 2 3 ].   Ou of  these,   we  hav c onsi der e th ree  ty pes  of   m al ign a nt  tum or s.  T he   first  on is  G li ob la stom a:   pr im a r m al ign ant  br ai tum or cl assifi ed  as  Gr a de   IV   an de vel op e f ro m   sta r - sh a pe cel ls,  cal le ast ro cy te that  su pp or ne rv e   cel ls,  w hich  usual ly   sta rts  f rom   cerebr um S arco m tum or   has  a   gra de  tha var ie s   f ro m   to  IV.   This  tum or   ari ses  in  the   co nnect ive  ti ssu e s   li ke  bloo ve ssels.  T he  ne xt   on is  Me ta sta ti br onc hogen ic   carcin om a,  s econda ry  m a lig na nt  brai t um or   that  sp rea ds   to  t he  brai from   br onch ogenic  ca rcin om lu ng  tum or .   66  hum an  brai MR Is  al on with  22  norm al   and  44  a bnor m al   i m ages  m ake  up  the  data  set The se  include  glio blastom a,  sarco m and   m e ta s ta ti br on c hoge nic  carcin oma   tu m or coll ect ed  from   Har va r Me dical   School  we bs it ( ht tp: //m ed harv ard.ed u/AA NL IB/).  T he  brai MR Is  we re   in  axial   plan e,  T2 - weig hted  a nd  256 _  25 6 pixels .   Fig ure  7   s hows  sam ple o f  the  data set                   (a)  Met ast ic  br on c hoge nic  carcin om a   (b)  Sa rc om a   (c)   Glio blasto m a         Figure  7 Sam ple o f  d at a set       Tw data set wer f or m ed  to  v al idate  the  propose cl assifi er.  T hese t wo   data set s inclu ded a total   of   40   im ages  ( 20   i m ages  each)  a nd   we re  hete rogen e ous  with  both  norm al   and   abno rm al   i m a ges.   T he  te rm ’  Tr ue   po sit ive ’  is  us e to  cat e gorize   correct   cl assif ic a ti on   of  a bnorm ality   wh il ‘tru neg at i ve’   i us e to   cat eg or iz e   correct   cl assifi cat ion   of  nor m al   i m age.  Sim il arly  an  incorrect   cl assifi cat ion   of  ab nor m al i ty   is   cl ass ifie as   ‘F al se  ne gativ e’  an inc orre ct   cl assifi cat ion   of  norm al ity   is  cat ego rize as   ‘F al s posit ive’.   The  T able  2   sh ows  the  pe rfor m ance of the  prop os ed  class ifie r.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.