[논문 리뷰] Contour and Centreline Tracking of Vessels from Angiograms using the Classical Image Processing Techniques

Irina Andra Tache|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 01.

Cerebrovascular and Carotid Artery Diseases인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 512×512 혈관 조영 영상에서 정확한 혈관 윤곽 및 중심선 추적을 위한 고전적 영상 처리 파이프라인을 제안한다. Frangi 혈관 강조, 옥수 임계값 처리, 캐니 에지 검출, 그리고 형태학적 스켈레톤화를 조합하여 고해상도 임상 영상에서 혈관 길이 및 반경 추정에 신뢰할 수 있는 결과를 도출한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 혈관 조영 영상에서 혈관 가장자리 및 중심선 탐지를 위한 단순하고 구현 가능한 방법을 개발하기 위해.
• 고전적 영상 처리 기법을 사용하여 임상 혈관 조영 영상에서 작은, 저대비 혈관을 탐지하는 과제를 해결하기 위해.
• 정확한 후속 분석(예: 혈관 길이 및 반경 측정)을 가능하게 하기 위해 강력한 윤곽 및 중심선 추출을 통해.
• 표준 임상 해상도(512×512)에서 실제 심장 캐패터라이제이션 데이터를 기반으로 방법을 검증하기 위해.

제안 방법

• 혈관 조영 영상에서 혈관의 가시성을 향상시키기 위해 Frangi의 비선형 혈관 강조 필터를 적용한다.
• 강화된 영상에서 혈관 영역을 분할하기 위해 옥수의 임계값 처리 방법을 사용한다.
• 에지의 정확한 국소화와 노이즈에 대한 강건성으로 인해, 혈관 윤곽을 탐지하기 위해 캐니 에지 검출기를 활용한다.
• 분할된 혈관 영역에 대해 형태학적 스켈레톤화를 수행하여 중심선을 추출한다.
• 이러한 단계들을 순차적으로 조합하여 종단 간 혈관 윤곽 및 중심선 추적 파이프라인을 구성한다.
• 실제 심장 캐패터라이제이션 실험실에서 확보한 512×512 혈관 조영 영상에서 출력 결과를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고전적 영상 처리 기법이 저대비, 소형 혈관 조영 영상에서 혈관 윤곽 및 중심선을 효과적으로 탐지할 수 있는가?
• RQ2 Frangi 필터링, 옥수 임계값 처리, 캐니 에지 검출, 스켈레톤화의 조합이 실제 임상 혈관 조영 영상에서 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ3 특히 512×512 해상도의 영상 해상도가 이 파이프라인을 사용한 혈관 추적 정확도에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ4 추출된 중심선과 윤곽은 혈관 길이 및 반경 측정과 같은 후속 정량적 혈관 분석을 신뢰성 있게 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 파이프라인은 양호한 공간 해상도를 갖춘 512×512 혈관 조영 영상에서 정확한 혈관 윤곽 및 중심선 추적을 달성한다.
• Frangi 혈관 강조는 소형 혈관을 효과적으로 강조하면서 노이즈와 배경 구조를 억제한다.
• 옥수의 임계값 처리는 강화 이후 혈관 영역의 신뢰할 수 있는 분할을 제공한다.
• 캐니 에지 검출기는 저대비 조건에서도 혈관 경계를 성공적으로 식별한다.
• 형태학적 스켈레톤화는 정량적 분석에 적합한 깔끔한 단일 픽셀 중심선을 생성한다.
• 이 파이프라인의 출력 결과는 임상 적용에서 혈관 길이 및 반경 측정과 같은 추가 처리에 적합하다.