Reconstruction 3D filaire de l'arbre coronaire en angiographie par rayons X

= 3D curvilinear reconstruction of the coronary tree in X-ray angiography

• Auteur / Autrice : Armelle Basset-Merle
• Direction : Isabelle Magnin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie biologique et médical
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CREATIS - Centre de Recherche et d'Application en Traitement de l'Image et du Son, UMR5515 (Lyon, Rhône1995-2006)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Splines, Théorie des

Squelette humain

Modèles anatomiques

Résumé

L'objectif de cette thèse est la reconstruction tridimensionnelle ilaire de l'arbre coronaire à partir de deux vues angiographiques par rayons X. L'application clinique visée est l'optimisation des incidences de prise de vue pour la visualisation et la quantification des sténoses avec un angiographe standard mono-plan. Les principales étapes sont l'extraction des squelettes des artères sur les deux projections, la détection des bifurcations et la description hiérarchique de chaque squelette 2D, puis la mise en correspondance et la reconstruction 3D des principaux vaisseaux. L'extraction des squelettes 2D est effectuée par une méthode multi-résolution basée sur la détection des minima locaux. La détection des bifurcations et la description hiérarchique des arbres vasculaires 2D sont réalisées simultanément à l'aide d'un algorithme de poursuite basé sur des propriétés de connectivité. L'étape de mise en correspondance consiste à apparier les points de bifurcations entre les deux vues et ne concerne que les vaisseaux principaux. La méthode développée repose sur la contrainte épipolaire, en supposant que la géométrie d'acquisition du système est connue et calibrée. Les mauvais appariements peuvent être corrigés de façon interactive. La position 3D des bifurcations appariées est alors calculée et utilisée pour construire un modèle 3D filaire initial de l'arbre vasculaire à l'aide de courbes B-splines interpolées. Chaque courbe 3D représentant un vaisseau est alors projetée sur les deux vues angiographiques et déformée de telle sorte que les courbes 2D projetées représentent les lignes centrales des vaisseaux. Une attention particulière est accordée aux raccordements des courbes de façon à modéliser les bifurcations. La méthode a été validée sur un fantôme de coronaire et testée sur des données cliniques d'une quinzaine de patients.

The purpose of this thesis is the 3D curvilinear reconstruction of the coronary tree from two X-ray angiographic views. The aimed clinical application is the determination of optimal viewing angles for the visualization and quantification of stenosis, using a standard single plane angiographic system. The main steps of the proposed method are: the automatic extraction of the arteries skeleton on bath angiographic views, the detection of the vessels bifurcation and the hierarchical description of each 2D skeleton, the matching and 3D reconstruction of the main vessels axes. The extraction of the skeleton is based on the detection of local minima in the images, within a multi-scale framework. The bifurcation's detection and the hierarchical description of the 2D trees are performed simultaneously by a tracking algorithm based on connectivity properties. The matching process between the two views associates the corresponding bifurcation points in each view and focuses on the main vessels. The developed method relies on the epipolar constraint, assuming that the acquisition geometry is known and calibrated. False matching can be interactively corrected. The 3D position of the matched bifurcations is calculated and used to build an initial 3D model of the vessel tree, by the way of interpolated B-splines. Each 3D curve representing a vessel is then projected on bath angiographic views and deformed so that the 2D projected curves fit the centerline of the vessel. A special interest is given to the connections between the 3D curves to guaranty a good representation of vessels bifurcations. The method was validated on a coronary phantom and tested on clinical data of 16 patients.