Évaluation d'une technique de compensation du mouvement des artères coronaires à partir d'une séquence angiographique

Martin, Jean-Philippe (2016). Évaluation d'une technique de compensation du mouvement des artères coronaires à partir d'une séquence angiographique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Une méthode de compensation du mouvement cardiorespiratoire à partir d’un biplan ou d’un monoplan angiographique est proposée. Le mouvement est estimé à partir d’un recalage 3D/2D. Le modèle 3D des artères coronaires est extrait par triangulation à partir de deux vues angiographiques avant l’intervention minimalement invasive. Les paramètres des caméras sont d’abord calibrés par une optimisation non linéaire où l’erreur de reprojection est minimisée. La sélection des artères est réalisée manuellement et la correspondance se calcule à partir de l’intersection de la ligne centrale et la droite épipolaire sur la vue associée.

Avec le modèle 3D, le mouvement cardiorespiratoire est compensé à l’aide d’un filtre particulaire. Chaque particule du système correspond aux paramètres de déformations affines appliqués à la projection 2D. Cette projection est comparée à la distance du centre des artères observée sur les angiographies. Cette distance s’obtient par le traitement des images médicales avec une série de filtres. Un filtre de vascularité est d’abord appliqué, suivi par des filtres de débruitage et de binarisation. Finalement, la transformée de distance modifiée est calculée. Un algorithme est aussi présenté afin de segmenter les bifurcations des artères coronaires tout en minimisant le bruit.

Les particules sont échantillonnées en favorisant celles minimisant la distance entre les artères et les bifurcations. De manière itérative, le filtre de particules recommence le processus de génération, d’évaluation et d’échantillonnage des particules en contraignant davantage les paramètres de déformation.

Un simulateur de mouvement cardiorespiratoire est utilisé en deux temps. Il sert d’abord à construire un gabarit de paramètres de déformation servant à limiter l’espace de génération des particules du système durant tout le cycle cardiaque. Grâce aux positions 3D connues des artères, le simulateur sert aussi à mesurer et valider l’efficacité de la méthode de compensation du mouvement cardiorespiratoire suggérée.

Titre traduit

Evaluation of a method for cardiorespiratory motion compensation of the coronary arteries from an angiography

Résumé traduit

A method for cardiorespiratory motion compensation of the coronary arteries from a biplane or monoplane angiographic sequence is proposed. The motion is estimated from a 3D/2D registration. The 3D model of the coronary arteries is extracted by triangulation from two angiographic views before the minimally invasive surgery. The cameras parameters are first calibrated by a nonlinear optimization where the reprojection error is minimized. The selection of the arteries is performed manually and the correspondence is calculated from the intersection of the vessel centerline and the epipolar line on the associated view.

The cardiorespiratory motion is compensated using a particle filter and the 3D model. Each particle of the system contains an affine deformation used for a 2D projection. This projection is then evaluated with the distance from the artery’s centerline observed in the angiographies. This distance is obtained by a combination of filters on the medical images. A vascularity filter is applied first, followed by a denoising and binarization filter. Finally, the modified version of the distance transform is calculated. An algorithm is also presented to segment the bifurcations of the coronary arteries while minimizing noise.

The particles are sampled favoring those minimizing the distance between the arteries and the bifurcation. The particles filter iteratively generate, evaluate and sample the particles with a larger constraint on the deformation parameters.

A realistic cardiorespiratory motion simulator is used for two different purposes. It is first used to construct a template deformation parameters for limiting the generation of particles in the system space throughout the cardiac cycle. With known 3D positions of the arteries, the simulator is also used to measure and validate the effectiveness of the suggested cardiorespiratory movement compensation method.

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 des technologies de l'information". Bibliographie : pages 95-97.
Mots-clés libres:	Artères coronaires Mouvements Simulation par ordinateur. Appareil cardiopulmonaire Mouvements Simulation par ordinateur. Imagerie tridimensionnelle. Angiographie. Angioplastie transluminale. Artères coronaires Maladies Traitement. compensation du mouvement, recalage 3D/2D, reconstruction 3D, gabarit de déformation, mouvement cardiorespiratoire, filtre particulaire, segmentation des bifurcations
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Duong, Luc
Codirecteur:	Codirecteur Desrosiers, Christian
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie des technologies de l'information
Date de dépôt:	19 mai 2016 14:59
Dernière modification:	19 mai 2016 14:59
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1663

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