Αυτοματοποιημένη Κατάτμηση Εικονοσειρών Οπτικής Συνεκτικής Τομογραφίας και Τρισδιάστατη Ανακατασκευή Στεφανιαίων Αγγείων
Creators: name: Χειμαριώτης, Γρηγόριος-Άρης Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Αυτοματοποιημένη κατάτμηση
Οπτική συνεκτική τομογραφία
Στεφανιαία Αρτηρία
Automatic Segmentation
Optical coherence tomography
Coronary Artery

description: Η ενδοστεφανιαία οπτική τομογραφία συνοχής (Optical Coherence Tomography - OCT) είναι ένα εξελισσόμενο διαγνωστικό εργαλείο που επιτρέπει την απεικόνιση τομών των στεφανιαίων αγγείων σε πραγματικό χρόνο και μπορεί να βοηθήσει σημαντικά στον τομέα του προσδιορισμού νέων δεικτών κινδύνου εμφάνισης της αρτηριοσκλήρυνσης που σχετίζονται με τη γεωμετρία και τη μορφολογία του αρτηριακού τοιχώματος. Προκειμένου να εντοπιστούν στην αρτηρία περιοχές στένωσης ή με κίνδυνο στένωσης, ανιχνεύεται το εσωτερικό περίγραμμα του τοιχώματός της. Το τελευταίο δίνει την έκταση μιας διατομής του αυλού, αλλά χρησιμοποιείται και για την τρισδιάστατη ανακατασκευή της γεωμετρίας του αυλού της αρτηρίας. Η χειροκίνητη κατάτμηση του περιγράμματος είναι κοπιαστική, χρονοβόρα και εξαρτάται από την εκτίμηση του ειδικού. Για το λόγο αυτό, επιδιώκεται η αυτόματη ανίχνευση του εσωτερικού ορίου του τοιχώματος του στεφανιαίου αγγείου (όριο αυλού και ενδοθηλίου) μέσω της ψηφιακής επεξεργασίας των εικόνων που λαμβάνονται με την τεχνολογία της OCT, πράγμα που αποτελεί και το αντικείμενο της παρούσας εργασίας. Η κεντρική ιδέα της προσέγγισης που ακολουθείται στην εργασία είναι ότι για να εντοπιστεί το εσωτερικό περίγραμμα του τοιχώματος, είναι απλούστερο να ξεχωρίσει στην εικόνα η σχετικά ομοιογενής και φωτεινή δομή του τοιχώματος, με ακρίβεια ως προς το εσωτερικό του περίγραμμα. Έτσι, η προτεινομένη μέθοδος βασίζεται στην επιλογή (μέσω ενός επαναληπτικού αλγορίθμου) και εφαρμογή ενός κατωφλίου επί της εικόνας που την καθιστά δυαδική, με σκοπό να διακριθούν οι φωτεινές περιοχές ενδιαφέροντος. Με μορφολογικές συναρτήσεις διατηρούνται μόνο οι περιοχές εκείνες οι οποίες θα μπορούσαν να είναι μέρος του τοιχώματος. Το εσωτερικό περίγραμμα σε μια ακτινική σάρωση (Α-γραμμή) εντοπίζεται στο σημείο όπου αυτή (ξεκινώντας από τον καθετήρα) συναντά ένα φωτεινό σχήμα (μετάβαση από το μαύρο στο λευκό). Σε περίπτωση πολλών μεταβάσεων, με την εφαρμογή ευριστικών κανόνων, αποφασίζεται ποια μετάβαση αφορά το όριο αυλού-ενδοθηλίου. Αφού γίνει η αρχική εκτίμηση του εσωτερικού περιγράμματος, πραγματοποιείται ο εντοπισμός των παράπλευρων κλάδων του αγγείου και των ασβεστώσεων με στατιστικό έλεγχο της κλίσης της καμπύλης που αντιπροσωπεύει το εσωτερικό περίγραμμα, και στη συνέχεια κατάλληλη διόρθωση του. Μια ευριστική μέθοδος χρησιμοποιείται για τον ίδιο σκοπό στην ειδική περίπτωση μεγάλων διακλαδώσεων. Τα τελικά ψηφιακά δεδομένα των εσωτερικών περιγραμμάτων για ολόκληρη την εικονοσειρά χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για την τρισδιάστατη ανακατασκευή του αντίστοιχου τμήματος του αγγείου με βοήθεια κατάλληλου εργαλείου CAD. Η εξέταση του αλγορίθμου σε διαφορετικά σετ εικόνων αποδεικνύει την αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου.
description: The intracoronary optical coherence tomography (OCT) is an evolving diagnostic tool that allows visualization of the coronary vascular incisions in real time and may significantly help in identifying new markers of atherosclerosis risk associated with the geometry and morphology of the arterial wall. In order to identify locations in the artery with stenosis or situations with risk of stenosis, the internal contour of the artery wall is detected. The latter gives the area of a cross section of the lumen, but it is also used for three-dimensional (3D) reconstruction of the geometry of the lumen of the artery. The manual segmentation of the contour is laborious, time consuming and dependent on the subjective evaluation of an expert. Therefore, our aim is the automatic detection of the inner wall contour of the coronary vessel (lumen-endothelium border) through the digital image processing. The central idea of the approach is that the task to identify the internal contour of the wall is easier to accomplish by distinguishing in the image, the relatively homogeneous and bright structure of the artery wall, with accuracy as far as the internal contour is concerned. Thus, the proposed method is based on the selection (via an iterative algorithm) and on the application of a threshold on the image that makes it binary, in order to distinguish the bright areas of interest. Morphological functions retain only those areas which could be part of the wall. The inner contour in a radial scan (A-line) is located at the point where the scan (starting from the catheter) meets a bright shape (transition from black to white). In case of multiple transitions, by applying heuristic rules it is decided which transition is the luminal-endothelium border. Once the initial assessment of the internal contour is done, side branches of the vessel and calcifications are identified with statistical control of the slope of the curve which represents the internal contour, and then an appropriate correction is conducted. A heuristic method is used for the same purpose in the special case of large branches. The final digital data of internal borders for the entire image sequences are then used for 3D reconstruction of the corresponding portion of the vessel by means of a suitable CAD tool. The assessment of the algorithm in different image sequences demonstrated the effectiveness of the proposed method.