Компьютерная технология восстановления пространственной структуры коронарных сосудов по ангиографическим проекциям

Ильясова Н.Ю., Казанский Н.Л., Корепанов А.О., Куприянов А.В., Устинов А.В., Храмов А.Г.

Аннотация:
Представлена компьютерная технология автоматического восстановления пространственной структуры коронарных артерий по малому числу ангиографических проекций. Технология построения пространственной структуры базируется на пространственной трассировке сосудов на основе одновременного анализа всех доступных проекций. В результате формируется векторное представление пространственных сосудов, которое в дальнейшем используется для визуализации структуры. Подробно представлены этапы восстановления, приводятся результаты работы отдельных этапов. Описывается один из методов получения пространственных координат сканирования трассы по результатам обработки двух проекций изображения. Предлагается набор основных геометрических характеристик, описывающих объекты двухмерных и трёхмерных структур. Описаны аппроксимационные методы оценивания диаметра сосудов, методы выделения центральных линий сосудов на изображениях проекций на основе вейвлет преобразования. Представлены экспериментальные исследования на модельных и натурных объектах.

Ключевые слова:
коронарные сосуды, восстановление пространственной структуры, геометрические характеристики сосудов, ангиографическая проекция.

Литература:

  1. Coatrieux, JL. Computer Vision Approaches for the Three Dimensional Reconstruction of Coronary Arteries: Review and Prospects / JL. Coatrieux, M. Garreau, R. Collorec, C. Roux // Critical Reviews in Biomedical Engineering. - 1994. - 22(1). - P. 1-38.
  2. Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM)/ Standart PS 3.1-2008 // National Electrical Manufacturers Association. - Rosslyn, Virginia, USA. - 2008.
  3. Pianykh, Oleg S. Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) / Oleg S. Pianykh // A Practical Introduction and Survival Guide. - Springer; Visit. - 2008.
  4. Wang, Y. Vessel extraction in coronary X-ray Angiography / Y. Wang; C. Toumoulin, H.Z. Shu, Z.D. Zhou; J.L. Coatrieux // 27th Annual International Conference of the  Engineering in Medicine and Biology Society. -  2005. - P.1584 - 1587.
  5. Schrijver, M. АРМ Angiographic Assessment of Coronary Stenoses: A Review of the Techniques / M. Schrijver // Archives Of Physiology And Biochemistry. - 2003. - Vol. 111, No. 2. - P. 77-158.
  6. Ильясова, Н.Ю. Методы и алгоритмы оценивания геометрических параметров диагностических изображений / Н.Ю. Ильясова. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук - Самара. - 1997. - 155 с.
  7. Методы компьютерной обработки изображений (издание второе, исправленное) / под ред. В.А. Сойфера - М.: Физматлит, 2003. - 780 c.
  8. Yang, Ching-Wen. Computer-Aided Diagnostic Detection System of Venous Beading in Retinal Images / Ching-Wen Yang, Dye-Jyun Ma, Shuenn-Ching Chao, Chuin-Mu Wang, Chia-Hsin Wen, Chien-Shun Lo, Pau-Choo Chung, and Chein-I Chang // Opt. Eng. - 2000. - 39 (5). - P. 1293-1303.
  9. Mourgues, F. 3D+t Modeling of Coronary Artery Tree from Standard Non Simultaneous Angiograms/ F. Mourgues, F. Devernay, G. Malandain and E. Coste-Manière // Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention Proceedings, Lecture Notes in Computer Science Springer, Utrecht. - 2001. - V. 2208.
  10. Messenger, J.C. 3D coronary reconstruction from routine single-plane coronary angiograms: clinical validation and quantitative analysis of the right coronary artery in 100 patients / J.C. Messenger, S.Y. Chen, J.D. Carroll, J.E. Burche­nal, K. Kioussopoulos and B.M. Groves // The International Journal of Cardiac Imaging. - 2000. - N 16 (6). - P. 413-427.
  11. Ding, Z. Quantification of 3-D coronary arterial motion using clinical biplane cineangiograms / Z. Ding and M.H. Friedman // The International Journal of Cardiac Imaging. - 2000. - N 16 (5). - P. 331-346.
  12. Kupriyanov, A.V. Method of the Functional Tag Field in the Analysis of Ocular Fundus Images/ A.V. Kupriyanov, A.M. Malafeev // Pattern Recognition and Image Analysis. - 2003. - Vol. 13, No. 2. - P. 287-289.
  13. Ilyasova, N.Yu. A Method for Determination of an Optimal Spatial Direction of Vessels in the Problem of Reconstructing the 3D Topology of a Coronary System / N.Yu. Ilyasova, A.V. Kupriyanov, A.G. Khramov, A.O. Korepanov // Pattern Recognition and Image Analysis. - 2003. - Vol. 13, No. 2. - P. 287-289.
  14. Ilyasova, N.Yu. Estimating the Geometrical Parameters of Branches of 3D Treelike and Netlike Structures Exemplified by the Cardiovascular Image/ N.Yu. Ilyasova, A.V. Ustinov, V.G. Baranov, A.V. Kupriyanov and A.G. Khramov // Optical Memory & Neural Networks. - 2002. - Volume 11, N. 1. - P. 65-72
  15. Soifer, V.A. Estimating the geometrical parameters of branches of treelike and netlike structures / V.A.Soifer, N.Yu. Ilyasova, V.G. Baranov, A.G. Khramov // Proceedings of the 12th Scandinavian Conference on Image Analysis, Bergen, Norway, June 11-14. - 2001. - P. 49-53.
  16. Ilyasova, N.Yu. An Expert Computer System for Diagnosing Eye Diseases from Retina Images/ N.Yu. Ilyasova, A.V.Ustinov, V.G.Baranov // Optical Memory & Neural Networks. - 2000. - V.9, N.2. - P.113 -120.
  17. Ilyasova, N.Yu. Measuring the geometric parameters using image processing and diffractive optics methods / N.Yu. Ily­asova, V.A. Soifer, V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, A.G. Khra­mov // Seventh International Symposium on Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life. Proceedings of SPIE. - 2002. - V. 4900. - P. 996-1006.
  18. Ilyasova, N.Yu. Measuring Biomechanical Characteristics of Blood Vessels for Early Diagnostics of Vascular Retinal Pathologies / N.Yu. Ilyasova, A.V. Kupriyanov, M.A. Ananin, N.A. Gavrilova // Proceedings of 7th International Conference Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention. - MICCAI 2004, Saint-Malo, France, September, Part II. - 2004. - P. 251-258.
  19. Ilyasova, N.Yu. Estimation of Geometrical Diagnostic Features the Optical Disk Images/ N.Yu. Ilyasova, A.V. Kupriyanov, A.V. Ustinov, M.A. Ananin // Pattern Recognition and Image Analysis. - MAIK «Nauka/Interperiodica». - 2005. - V. 15, N. 3. - P. 602-605.
  20. Anan’in, M.A. Estimating Directions of Optic Disk Blood Vessels in Retinal Images / M.A. Anan’in, N.Yu. Ilyasova, A.V. Kupriyanov // Pattern Recognition and Image Analysis. - MAIK «Nauka/Interperiodica». - 2007. - V.17, N. 4. - P. 523-526.
  21. Ilyasova, N.Yu. Methods for formation of features of tree-like structures on fundus images / N.Yu. Ilyasova, V.V. Yatul’chik // Pattern Recognition and Image Analysis. - MAIK Nauka/Interperiodica distributed exclusively by Springer Science+Business Media, Inc. - 2006. - V. 16, N. 1. - P. 124-127. - ISSN: 1054-6618.
  22. Udupa, J.K. 3D Imaging in Medicine. Second ed. / J.K. Udu­pa, G.T. Herman // CRC Press. - 2000. - 384 p.
  23. Armande, N. Thin nets extraction using multi-scale approach / N. Armande, P. Montesinos, and O. Monga // Computer Vision and Image Understanding. - 1999. - V. 73. - P. 248-257.
  24. Devernay, F. 3D+t Modeling of Coronary Artery Tree from Standard Non Simultaneous Angiograms / F. Devernay, F. Mourgues, G. Malandain, and E. Coste-Maniere // in Proc. on MICCAI. - 2001. - P. 1320-1322.
  25. Poli, R. An algorithm for real-time vessel enhancement and detection / R. Poli and G. Valli // Comp. Methods and Prog. in Biomed. - 1997. - V. 52. - P. 1-22.
  26. Korepanov, A.O. Extraction of Central Lines in Diagnostic Images of Vessels Using Methods of Wavelet Analysis and Differential Geometry / A.O. Korepanov // Pattern Recognition and Image Analysis. - 2005. - V. 15, N. 4. - P. 636-639.
  27. Soifer, V.A. Fuzzy Direction Field Method for Fringe and Tree-like Patterns Analysis / V.A. Soifer, A.G. Khramov, A.O. Korepanov // in Proc. on 17th International Conference on Pattern Recognition. - 2004.
  28. Stockman, G. Computer Vision / G. Stockman & L. Shapiro, // Prentice Hall. - 2001.
  29. Ilyasova, N.Yu. Geometrical Parameters Estimation of the Retina Images for Blood Vessels Pathology Diagnostics / N.Yu. Ilyasova, A.V. Kupriyanov, M.A. Ananin // Proceedings of 15th European Signal Processing Conference. - EUSIPCO 2007, Poznan, Poland, September 3-7. - 2007. - P. 1251-1254.
  30. Ильясова, Н.Ю Применение искусственных нейронных сетей для оценивания диагностических параметров на биомедицинских изображениях / Н.Ю. Ильясова, Д.Е. Липка, А.В. Куприянов // Компьютерная оптика. - 2003. - № 25. - C. 151-154.
  31. Ковалев, А.А. Восстановление связности линий на бинарных изображениях древовидных структур / Н.Ю. Ильясова, А.А. Ковалев, А.В. Куприянов, А.Г. Храмов // Компьютерная оптика. - 2002. - № 23. - C. 58-61.
  32. Сойфер, В.А. Методы компьютерного анализа диагностических изображений глазного дна / В.А. Сойфер, Н.Ю. Ильясова, А.В. Куприянов, А.Г. Храмов, М.А. Ананьин, // Технологии живых систем. - издательство «Радиотехника». - 2008. - T. 5, № 5-6. - C.61-71.
  33. Куприянов, А.В. Определение параметров русла сосудов с использованием трехмерного локального веерного преобразования / А.В. Куприянов, Н.Ю. Ильясова, А.Г. Хра­мов, А.М. Малафеев, О.А. Титова // Компьютерная оптика. - 2004. - № 25. - C. 154-157.
  34. Корепанов, А.О. Метод выделения центральных линий кровеносных сосудов на диагностических изображениях/ Н.Ю. Ильясова, П.М. Чикулаев // Компьютерная оптика. - 2006. - № 29. - C. 146-151.
  35. Ильясова, Н.Ю Математические модели и методы оценивания диагностических параметров древовидных структур: учебное пособие / Н.Ю. Ильясова, А.В. Куприянов, М.А. Ананьин //Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та. - 2007. - 104 с.
  36. Ильясова, Н.Ю Оценивание геометрических параметров биомедицинских диагностических изображений: учебное пособие / Н.Ю. Ильясова, А.В. Куприянов, А.О. Корепанов // Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та. - 2007. - 142 с.
  37. Сойфер, В.А. Восстановление пространственной структуры древовидных объектов на основе нечеткого поля направлений: учебное пособие / В.А. Сойфер, А.О. Корепанов, Н.Ю. Ильясова, А.В. Куприянов // Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та. - 2007. - 64 с.
  38. Сойфер, В.А. Методы обработки и анализа данных рентгеновской томографии: учебное пособие / В.А. Сойфер, Н.Ю. Ильясова, А.О. Корепанов, А.В. Куприянов // Изд‑во Самар. гос. аэрокосм. ун-та. - 2007. - 112 с.
  39. Ильясова, Н.Ю. Оценивание диагностических параметров сосудов на изображениях глазного дна в области диска зрительного нерва / Н.Ю. Ильясова, А.В. Куприянов, М.А.Ананьин // Компьютерная оптика. - 2006. - № 29. - С. 141-146.
  40. Ильясова, Н.Ю. Экспертная компьютерная система диагностики глазных заболеваний по изображениям глазного дна / Н.Ю. Ильясова, В.Г. Баранов, А.В. Устинов // Компьютерная оптика. - 1999. - № 19. - С. 202-209.
  41. Ильясова, Н.Ю. Измерение биомеханических характеристик сосудов для ранней диагностики сосудистой патологии глазного дна / Н.Ю. Ильясова, А.В. Куприянов, М.А.Ананьин // Компьютерная оптика. - 2005. - № 27. - С. 165-170.
  42. Ильясова, Н.Ю. Оценивание геометрических параметров ветвей трёхмерных древовидных  и сетчатых структур на примере изображения сосудистой системы сердца / Н.Ю. Ильясова, А.О. Корепанов, А.В. Куприянов, В.Г. Баранов, А.Г. Храмов// Компьютерная оптика. - 2002. - № 23. - С. 48-52.
  43. Ильясова, Н.Ю. Анализ структуры сосудистой системы сердца методом трассировки изображений проекций / Н.Ю. Ильясова, А.О. Корепанов, А.В. Куприянов, В.Г. Баранов, А.Г. Храмов // Компьютерная оптика. - 2002. - № 23. - С. 53-57.
  44. Корепанов, А.О. Метод определения оптимального пространственного направления сосудов в задаче восстановления 3D топологии коронарной системы / А.О. Корепанов, Н.Ю. Ильясова, А.В. Куприянов, А.Г. Храмов // Компьютерная оптика. - 2002. - № 24. - С. 152-154.
  45. Ильясова, Н.Ю. Метод пространственного восстановления коронарных артерий по малому числу ангиографических проекций / Н.Ю. Ильясова, А.О. Корепанов, А.В. Куприянов, А.В. Устинов, А.Г. Храмов, А.О. Ковалёв // Компьютерная оптика. - 2004. - № 26. - С. 61-72.
  46. Ильясова, Н.Ю. Оценивание геометрических параметров области диска зрительного нерва на изображении глазного дна / Н.Ю. Ильясова, А.В. Куприянов, М.А. Ананьин, А.М. Малафеев, А.В. Устинов // Компьютерная оптика. - 2005. - № 28. - С. 136-139.
  47. Computer Image Processing, Part I: Basic concepts and theory / edited by Victor A. Soifer // VDM Verlag . - 2009. - 296 p.
  48. Computer Image Processing, Part II: Methods and algorithms / edited by Victor A. Soifer // VDM Verlag . - 2009. - 584 p.

© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846 2) 332-56-22, факс: +7 (846 2) 332-56-20