[論文レビュー] Contour and Centreline Tracking of Vessels from Angiograms using the Classical Image Processing Techniques

Irina Andra Tache|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Cerebrovascular and Carotid Artery Diseases被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、512×512のアンジオグラムにおける正確な血管断面および中心線追跡のための古典的手法に基づく画像処理パイプラインを提案する。Frangi血管強調、Otsuのしきい値処理、Cannyエッジ検出、および形状的スケルトン化を組み合わせることで、高解像度臨床画像における血管長および血管径の推定に信頼性のある結果が得られた。

ABSTRACT

This article deals with the problem of vessel edge and centerline detection using classical image processing techniques due to their simpleness and easiness to be implemented. The method is divided into four steps: the vessel enhancement which implies a non-linear filtering proposed by Frangi, the thresholding using Otsu method and the contour detection using the Canny edge detector due to its good performances for the small vessels and the morphological skeletonisation. The algorithms are tested on real data collected from a cardiac catheterism laboratory and it is accurate for images with good spatial resolution (512*512). The output image can be used for further processing in order to find the vessel length or its radius.

研究の動機と目的

• アンジオグラムにおける血管エッジおよび中心線検出のための単純で実装可能な手法の開発。
• 古典的手法を用いて臨床的アンジオグラムにおける小さな、コントラストの低い血管を検出する課題への対応。
• 頑健な断面および中心線抽出により、血管長および血管径の測定を含む正確な後続解析を可能にすること。
• 標準的な臨床解像度（512×512）における心カテーテル検査データを用いて、手法の妥当性を検証すること。

提案手法

• 血管の可視性を向上させるために、Frangiの非線形血管強調フィルタを適用する。
• 強調処理後の画像から血管領域をセグメンテーションするために、Otsuのしきい値処理法を用いる。
• エッジの局所化精度とノイズ耐性に優れるため、Cannyエッジ検出器を用いて血管断面を検出する。
• セグメンテーションされた血管領域に対して、形状的スケルトン化を実行し、中心線を抽出する。
• これらの手順を順次組み合わせ、エンドツーエンドの血管断面および中心線追跡用のパイプラインを構築する。
• 心カテーテル検査ラボから得た実際の512×512アンジオグラム画像を用いて、出力の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的手法に基づく画像処理技術は、コントラストが低く、小さな血管が含まれるアンジオグラムにおいて、血管断面および中心線を効果的に検出できるか？
• RQ2 Frangiフィルタリング、Otsuのしきい値処理、Cannyエッジ検出、およびスケルトン化の組み合わせは、実臨床アンジオグラムデータに対してどの程度の性能を示すか？
• RQ3 特に512×512解像度の画像解像度が、このパイプラインを用いた血管追跡の正確さにどの程度影響を与えるか？
• RQ4 抽出された中心線および断面は、血管長および血管径の測定を含む、さらなる定量的血管解析を信頼性を持って支援できるか？

主な発見

• 提案されたパイプラインは、良好な空間解像度を持つ512×512アンジオグラム画像において、正確な血管断面および中心線検出を達成した。
• Frangi血管強調は、小さな血管を効果的に強調しつつ、ノイズおよび背景構造を抑制した。
• Otsuのしきい値処理は、強調処理後の画像で血管領域を信頼性高くセグメンテーションした。
• Cannyエッジ検出は、コントラストが低い状況下でも、血管境界を的確に同定できた。
• 形状的スケルトン化により、定量的解析に適した綺麗な1ピクセル幅の中心線が得られた。
• このパイプラインの出力は、臨床応用において血管長および血管径の測定を含むさらなる処理に適していた。