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Reconstruction 3D+T des artères coronaires à partir d'une séquence rotationnelle angiographique

Plourde, Mathieu (2013). Reconstruction 3D+T des artères coronaires à partir d'une séquence rotationnelle angiographique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les maladies coronariennes sont une cause fréquente de décès dans les pays industrialisés. Au lieu d’avoir recours aux chirurgies traditionnelles à coeur ouvert, les cardiologues ont recours aux interventions percutanées, qui consistent en l'insertion du cathéter par l'artère fémorale. Le cathéter est dirigé vers les artères affectées, et l'angiographie coronaire est employée pour naviguer dans les structures vasculaires complexes. Par contre, l'angiographie 2D ne permet pas de discerner la profondeur, et son utilisation est fréquente durant une intervention, nécessitant ainsi une importante quantité d'agent de contraste et une exposition prolongée aux rayons X. Pour mitiger l'impact de ces problèmes, des techniques d'imagerie médicale sont employées pour assister le cardiologue lors de l'intervention, notamment la modélisation 3D+t des artères coronaires reconstruites à partir d'une séquence rotationnelle angiographique. Ces volumes permettent au chirurgien de guider le cathéter en 3D de manière claire, ainsi que limiter l'utilisation de rayons X et d'agent de contraste en effectuant l'intervention plus rapidement. La méthode proposée dans cette étude contient d'abord une segmentation multi-échelles par composants connectés pour extraire les artères coronaires et éliminer le bruit occasionné par les artéfacts d'arrière-plan comme les côtes et les poumons. Pour éliminer le décalage occasionné par le mouvement respiratoire, le déplacement est ensuite modélisé grâce à un modèle mathématique cyclique qui synchronise les images angiographiques de la séquence rotationnelle. La reconstruction 3D est ensuite effectuée en appariant les bifurcations des images pour en reconstruire les segments d'artères. Les pixels résultants sont appariés grâce à la géométrie épipolaire et une minimisation d'énergie par parcours de graphe. Une déformation affine par optimisation non linéaire du modèle reconstruit s'en suit pour obtenir une fluidité temporelle. La méthode est ainsi entièrement automatique, et les résultats démontrent qu'en présence de mouvement cardiaque et respiratoire, la reconstruction est robuste et est évaluable en contexte interventionnel.

Titre traduit

3D+T reconstruction of coronary arteries from rotational angiography

Résumé traduit

Coronary heart diseases are an important cause of death in industrialized countries. To treat those pathologies, a percutaneous intervention that consists in inserting a catheter in the femoral artery is performed. The instrument is directed to the affected arteries, and coronary angiography is used to lead the surgeon in an interventional context. However, 2D angiography does not consider depth, and its use is frequent during an intervention, leading in high doses of contrast agent and an extended exposure to X-rays. To mitigate the impact of those problems, medical imaging techniques like 3D+t visualization of coronary arteries are used to assist the surgeon during the intervention. Many imaging modalities are used to acquire the sequences, but the rotational angiography is favored due to its lower contrast agent use and its ease of use in an interventional context. This imaging allows the surgeon to guide the catheter in 3D in a clear manner, and limit the use of X-rays and contrast agent by reducing the duration of the intervention. First, the current study proposes a segmentation method based on a multi scale classification approach using connected components. The algorithm extracts coronary arteries while removing the noise caused by background artifacts like the ribs and the lungs. To remove the shift caused by breathing motion, the movement is modeled using a cyclic mathematical model that synchronizes the angiographic images from the rotational sequence. 3D reconstruction is then executed by pairing bifurcations in the images to model arteries segments. The remaining pixels are paired using epipolar geometry and an energy minimization graph traversal algorithm. To achieve temporal smoothness in the reconstructed volume, an affine deformation using non- inear optimization is applied to the reference volume. The proposed method is fully automatic, and the results show that when cardiac and respiratory motion is present, the reconstruction is robust and is computable in an interventional context.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration technologies de L'information" Bibliogr. : f. [115]-120.
Mots-clés libres: Artères coronaires - Maladies - Traitement. Angiographie. 3D, 3DT, cardiaque, compensation, linéaire, mouvement, non, optimisation, reconstruction, respiratoire, rotationnel, séquence
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Duong, Luc
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 17 avr. 2013 19:40
Dernière modification: 10 mars 2017 20:51
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1160

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