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Angiographic image analysis for the diagnosis of coronary disease in young patients

M'Hiri, Faten (2016). Angiographic image analysis for the diagnosis of coronary disease in young patients. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Congenital heart disease (CHD) is the leading cause of birth defects worldwide. In Canada, about 1 in 100 of newborns are with CHD. New methods and protocols to both diagnose and treat CHD are needed. To diagnose or treat newborns or young patients, cardiologists often use percutaneous catheter-based interventions (PCI). PCI is based on using a real-time twodimensional X-ray moving sequence to navigate inside the patient’s heart. This moving sequence will display the artery of the patient during one or more cardiac cycles. During one cardiac cycle, the diameter of a healthy coronary artery (CA) changes: it expands in diastole, when the blood flow in the artery increases, and it shrinks in systole. Capturing these diameter changes is one of the measures used to evaluate the state of the CA as an indicator for a vascular disease. These measurements are usually done manually on X-ray frames or using other image modalities such as ultrasounds. This research sheds new light on an automatic method that can guide the diagnosis of coronary arteries from 2D X-ray sequences. Measuring CA diameter automatically in the X-ray sequence is not a straightforward task. First, a segmentation step is needed to extract CA in 2D X-ray angiograms. Second, the CA is tracked during the moving sequence. Finally, with the segmented and tracked CA, an automatic method measures the diameters of CA at each frame of the sequence and an assessment of diameter variations during the sequence is presented. Each step presents different challenges egarding : the complexity of CA structure, the lack of contrast in the images, the presence of motion artifacts, and the small variations of diameters from one frame to the next. This work introduces new methods for segmentation, tracking and diameter measurements. Our project is held in collaboration with the cardiology department at Sainte Justine’s children hospital. The methods developed in this research have been tested and evaluated on a dataset of X-ray sequences of young patients. Qualitative and quantitative results show the efficiency of the methods from segmenting and tracking to measuring the diameter’s variation from X-ray moving sequence.

Titre traduit

L'analyse d'image angiographiques pour le diagnostique des pathologies coronarienne en pédiatrie

Résumé traduit

Les cardiopathies coronariennes sont parmi les malformations congénitales les plus observées chez l’enfant et les nouveau-nés. Au Canada, un nouveau né sur 100 est atteint de cardiopathie congénitale. Aujourd’hui, il existe un réel besoin de nouvelles méthodes et protocoles pour diagnostiquer et traiter ces cardiopathies. Pour traiter ou faire le diagnostique de ces cardiopathies, des interventions coronariennes percutanées (ICP) sont réalisées. Les ICP sont guidées par une séquence de radiographies 2D prises en temps-réel durant un ou plusieurs cycles cardiaques. Durant un cycle cardiaque, le diamètre d’une artère coronaire saine change: ce diamètre va se dilater en diastole quand le flux sanguin croit à l’intérieur de l’artère et se contracter en systole. Cette variation de diamètre est l’une des mesures utilisées pour évaluer l’état de l’artère coronaire (AC) comme indicateur de pathologie vasculaire. Cette mesure est souvent calculée manuellement à partir d’une image de la séquence radiographique ou encore en utilisant d’autres modalités d’imagerie comme l’échographie. Cette recherche présente une nouvelle contribution sur une méthode qui guidera le diagnostique des artères coronaires à partir des séquences de radiographies 2D. Mesurer automatiquement le diamètre d’une artère coronaire dans une séquence radiographique est une tâche complexe. D’abord, une étape de segmentation est nécessaire pour extraire l’AC dans la séquence radiographique. Ensuite, l’artère est traquée durant la séquence en mouvement. Finalement, en utilisant le résultat de segmentation et de suivi de l’artères, une méthode automatique de mesure de diamètre est appelée pour évaluer les variations de diamètres. Chaque étape présente différents défis reliés à: la complexité de la structure des AC, au niveau de contraste limité dans certaines images, à la présence d’artéfacts de mouvement, et à la faible variation de diamètre d’AC d’une image à la suivante. Cette recherche introduit de nouvelles méthodes pour la segmentation, le suivi et la mesure de diamètre à partir de séquence de radiographie 2D. Notre projet est réalisé avec la collaboration du département de cardiologie du CHU Sainte Justine. Les méthodes développées ont été testées et évaluées sur une base de données de radiographies de jeunes patients. Les résultats qualitatifs et quantitatifs montrent l’efficacité des méthodes de segmentation et suivi et celle de la mesure des variations de diamètre à partir des séquence radiographiques.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 117-132.
Mots-clés libres: Artères coronaires Maladies, chez l'enfant Diagnostic. Artères coronaires Radiographie. Angiographie. Artères coronaires Mouvements Mesure. Traitement d'images Techniques numériques. Segmentation d'image. Théorie des graphes. Cardiopathie congénitale chez l'enfant Diagnostic. diamètre, variation, méthodes basées sur les graphes, suivi du mouvement, cardiologie, détection de vaisseaux sanguins, radiographies
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Duong, Luc
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Cheriet, Mohamed
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 03 nov. 2016 20:19
Dernière modification: 10 déc. 2016 17:23
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1747

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