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3D reconstruction of coronary artery using Feldkamp-Davis-Kress algorithm

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Tran, Phan Binh (2017). 3D reconstruction of coronary artery using Feldkamp-Davis-Kress algorithm. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

An important cause of death in industrialized countries is coronary heart diseases. 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 which is frequently used during an intervention, does not consider depth, resulting in high doses of contrast agent and an extended exposure to X-ray. To mitigate the impact of these problems, medical imaging techniques such as 3D coronary artery imaging are used to assist surgeons 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 technique 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.

In this thesis, we present a flexible algorithm, Feldkamp-Davis-Kress (FDK), to reconstruct 3D model of coronary artery in multiple angle views. The dual-axis rotational coronary artery angiography is proposed to use along with this algorithm. The cameras parameters are first calibrated by a nonlinear optimization where the reprojection error is minimized. Then the optimal working view is calculated to avoiding the vessel overlap and foreshortening effects. To reduce the cardiac motion effect, ECG-gated is applied into the reconstruction algorithm. The proposed method can be used in the framework to improve 3D navigation guidance in surgery. It could be a good tool for clinicians in coronary artery disease.

Titre traduit

Reconstruction 3D des artères coronaires à l'aide de l'algorithme de Feldkamp-Davis-Kress

Résumé traduit

Une cause importante de décès dans les pays industrialisés est causée par les maladies coronariennes. Pour traiter ces pathologies, une intervention percutanée qui consiste à insérer un cathéter dans l'artère fémorale est réalisée. Une instrumentation est dirigée vers les artères affectées, et l'angiographie est utilisée pour diriger le chirurgien dans un context interventionnel. Cependant, l'angiographie 2D ne tient pas compte de la profondeur, et son utilisation est fréquente pendant une intervention, conduisant à de fortes doses d'agent de contraste et une exposition prolongée aux rayons X. Pour atténuer l'impact de ces problèmes, des techniques d'imagerie médicale telles que la reconstruction 3D sont utilisées pour aider les chirurgiens lors de l'intervention. De nombreuses modalités d'imagerie sont utilisées pour acquérir les séquences, mais l'angiographie rotative est favorisée en raison de l'utilisation de l'agent de contraste inférieur et de sa facilité d'utilisation dans un contexte d'intervention. Cette technique d'imagerie permet au chirurgien de guider le cathéter en 3D de manière Claire et de limiter l'utilisation des rayons X et de l'agent de contraste en réduisant la durée de l'intervention.

Dans cette thèse, nous présentons un algorithme intitulé, Feldkamp-Davis-Kress (FDK), pour reconstruire le modèle 3D de l'artère coronaire sous plusieurs angles. L'angiographie de l'artère coronaire à double axe est proposée pour être utilisée avec cet algorithme. Les paramètres des caméras sont d'abord calibrés par une optimisation non linéaire où l'erreur de reprojection est minimisée. Ensuite, la vue de travail optimale est calculée pour éviter les effets de chevauchement et de raccourcissement des navires. Pour réduire l'effet de mouvement cardiaque, la synchronisation avec le signal ECG est appliqué dans l'algorithme de reconstruction. La méthode proposée est entièrement automatique, la reconstruction est robuste et peut être calculée dans un contexte interventionnel.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master's degree with thesis in information technology". Bibliographie : pages 63-65.
Mots-clés libres: Angiographie numérique. Artères coronaires Radiographie. Tomographie volumique à faisceau conique. Modélisation tridimensionnelle. Imagerie tridimensionnelle en médecine. fdk, reconstruction 3D, signal ECG, rétroprojection, mouvement cardiorespiratoire, reconstruction tomographique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Duong, Luc
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie des technologies de l'information
Date de dépôt: 17 juill. 2018 19:46
Dernière modification: 17 juill. 2018 19:46
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2069

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