Reconstrução e segmentação de angiografias via técnicas variacionais e métodos de Level Set

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Bulant, Carlos Alberto
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC
Texto Completo: https://tede.lncc.br/handle/tede/138
Resumo: This work focuses on tomographic reconstruction and three-dimensional arterial structures segmentation problems, understanding both as fundamentals modules of patient specific-based cardiovascular modeling. Is in this context where the possibility of improving information quality contained in medical images, by means of more accurate reconstruction methods, is of interest because of its impact on segmentation algorithm precision, allowing the construction of more realistic vessel geometrical models. Specifically, in this work, we study the reconstruction from projection inverse problem based on the classic simplified model for x-ray interaction, using the Radon transform, in two and three dimensions with different acquisition geometries. Then, we present the standard methods, which are based on analytic inversion of the Radon transform in the form of back-projection. An iterative reconstruction method based on sensitivity analysis, was studied and adapted to work in a parallel and matrix-free form. In addition, a novel reconstruction method, with foundations given by the theoretical framework of variational formulations, is developed. In view of the characteristics of the methodology, the computational implementation is carried out following a distributed computing paradigm on top of a matrix-free form version of the method. We perform parameter sensitivity analysis for each method, and a quantitative comparative analysis among them, using the well known Shepp-Logan head phantom, is also presented. Some preliminary reconstruction studies with real data are presented. In the context of medical image segmentation, we explore two alternatives for arterial structures segmentation from three dimension images acquired on three-Dimensional Rotational Angiography and Computed Tomography Angiography clinical studies. The first methodology is based on a simple seeded region growing algorithm, combined with thresholding and anisotropic diffusion techniques. The second pipeline uses a Level Set approach, initialized with the colliding fronts algorithm. Now days, Level Set methods variants are gaining popularity for vessel segmentation problems. In this work, we present a qualitative comparison by segmenting a numerical phantom, as well as segmenting arterial structures on different anatomical regions of the head and neck. At last, we present some recommendations for method and parameter choosing, as a function of the anatomical region.
id LNCC_e0ad36513ea88032102684cc2f51bb5c
oai_identifier_str oai:tede-server.lncc.br:tede/138
network_acronym_str LNCC
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC
repository_id_str
spelling Blanco, Pablo JavierCPF:05976610730http://lattes.cnpq.br/2207239537360072Feijóo, Raul AntoninoCPF:40994244720http://lattes.cnpq.br/2980425786626151Oliveira, Jauvane Cavalcante deCPF:46168834320http://lattes.cnpq.br/4054756781423727Silva, Nelson Albuquerque de Souza eCPF:11111111111http://lattes.cnpq.br/6460447408144781Larrabide, IgnacioCPF:05870381797http://lattes.cnpq.br/7463531453177857CPF:06140003784http://lattes.cnpq.br/0475665247783149Bulant, Carlos Alberto2015-03-04T18:57:36Z2015-02-232013-02-26https://tede.lncc.br/handle/tede/138This work focuses on tomographic reconstruction and three-dimensional arterial structures segmentation problems, understanding both as fundamentals modules of patient specific-based cardiovascular modeling. Is in this context where the possibility of improving information quality contained in medical images, by means of more accurate reconstruction methods, is of interest because of its impact on segmentation algorithm precision, allowing the construction of more realistic vessel geometrical models. Specifically, in this work, we study the reconstruction from projection inverse problem based on the classic simplified model for x-ray interaction, using the Radon transform, in two and three dimensions with different acquisition geometries. Then, we present the standard methods, which are based on analytic inversion of the Radon transform in the form of back-projection. An iterative reconstruction method based on sensitivity analysis, was studied and adapted to work in a parallel and matrix-free form. In addition, a novel reconstruction method, with foundations given by the theoretical framework of variational formulations, is developed. In view of the characteristics of the methodology, the computational implementation is carried out following a distributed computing paradigm on top of a matrix-free form version of the method. We perform parameter sensitivity analysis for each method, and a quantitative comparative analysis among them, using the well known Shepp-Logan head phantom, is also presented. Some preliminary reconstruction studies with real data are presented. In the context of medical image segmentation, we explore two alternatives for arterial structures segmentation from three dimension images acquired on three-Dimensional Rotational Angiography and Computed Tomography Angiography clinical studies. The first methodology is based on a simple seeded region growing algorithm, combined with thresholding and anisotropic diffusion techniques. The second pipeline uses a Level Set approach, initialized with the colliding fronts algorithm. Now days, Level Set methods variants are gaining popularity for vessel segmentation problems. In this work, we present a qualitative comparison by segmenting a numerical phantom, as well as segmenting arterial structures on different anatomical regions of the head and neck. At last, we present some recommendations for method and parameter choosing, as a function of the anatomical region.Este trabalho foca-se nos problemas da reconstrução tomográfica e da segmentação de estruturas arteriais em três dimensões, entendendo ambos como blocos fundamentais na modelagem do sistema cardiovascular humano orientada a pacientes específicos. Dentro deste contexto, a possibilidade de melhorar a qualidade das informações contidas nas imagens médicas realizadas em estudos clínicos via métodos de reconstrução mais precisos torna-se atraente porque impacta diretamente na acurácia das técnicas de segmentação, e permite a construção de modelos geométricos mais próximos à realidade. Especificamente, neste trabalho, o problema inverso de reconstrução a partir de projeções é estudado empregando o modelo simplificado clássico, via a transformada de Radon, para duas e três dimensões com diferentes geometrias de amostragem. Logo, os métodos de resolução padrão baseados na inversão analítica desta transformada em forma de back-projection foram estudados. Um método iterativo baseado em análise de sensibilidade, denominado aqui como método baseado no gradiente topológico, foi estudado e adaptado para funcionar com um esquema matrix-free em paralelo. Em seguida, um novo método com fundamentos na teoria de formulações variacionais é desenvolvido. Devido às características do método, o mesmo é implementado computacionalmente empregando paralelismo e um formato matrix-free. Um estudo quantitativo sobre os parâmetros de cada método é fornecido, assim como também um estudo comparativo entre todos eles usando o amplamente difundido fantasma de Shepp-Logan. Por fim, estudos preliminares com projeções de estudos de angiografias rotacionais tridimensionais são apresentados. No contexto da segmentação de imagens médicas, duas alternativas são apresentadas para segmentar estruturas arteriais a partir de imagens tridimensionais provenientes de estudos de angiografia rotacional e tomográfica. A primeira metodologia baseia-se num enfoque simples de crescimento de região, combinado com thresholding e suavizado anisotrópico. A segunda metodologia utiliza um enfoque de Level Set, inicializado por uma técnica denominada colliding fronts. Na atualidade diversas variantes do método de Level Set têm ganhado popularidade na segmentação de estruturas arteriais. Neste trabalho comparam-se qualitativamente ambas alternativas com um fantasma numérico, e na segmentação de estruturas arteriais presentes em imagens médicas localizadas em diversas regiões anatômicas. Por fim, recomendações sobre o método mais conveniente a ser utilizado em cada região junto com valores para os parâmetros são fornecidos.Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 bulant.pdf: 14030619 bytes, checksum: 7bdeb54a02eeadbb90a53496f04a524c (MD5) Previous issue date: 2013-02-26application/pdfhttp://tede-server.lncc.br:8080/retrieve/512/bulant.pdf.jpgporLaboratório de Computação CientíficaPrograma de Pós-Graduação em Modelagem ComputacionalLNCCBrasilServiço de Análise e Apoio a Formação de Recursos HumanosProcessamento de imagemSistema cardiovascularAneurisma cerebralCardiovascular systemImage processingIntracranial aneurysmsCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)Reconstrução e segmentação de angiografias via técnicas variacionais e métodos de Level SetAngiography image reconstruction and segmentation using variational techniques and level set methodsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCCinstname:Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)instacron:LNCCORIGINALbulant.pdfapplication/pdf14030619http://tede-server.lncc.br:8080/tede/bitstream/tede/138/1/bulant.pdf7bdeb54a02eeadbb90a53496f04a524cMD51THUMBNAILbulant.pdf.jpgbulant.pdf.jpgimage/jpeg3117http://tede-server.lncc.br:8080/tede/bitstream/tede/138/2/bulant.pdf.jpged3cd0c65255aea5561c78e80b1f40a6MD52tede/1382018-07-04 09:59:45.001oai:tede-server.lncc.br:tede/138Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tede.lncc.br/PUBhttps://tede.lncc.br/oai/requestlibrary@lncc.br||library@lncc.bropendoar:2018-07-04T12:59:45Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC - Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)false
dc.title.por.fl_str_mv Reconstrução e segmentação de angiografias via técnicas variacionais e métodos de Level Set
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Angiography image reconstruction and segmentation using variational techniques and level set methods
title Reconstrução e segmentação de angiografias via técnicas variacionais e métodos de Level Set
spellingShingle Reconstrução e segmentação de angiografias via técnicas variacionais e métodos de Level Set
Bulant, Carlos Alberto
Processamento de imagem
Sistema cardiovascular
Aneurisma cerebral
Cardiovascular system
Image processing
Intracranial aneurysms
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)
title_short Reconstrução e segmentação de angiografias via técnicas variacionais e métodos de Level Set
title_full Reconstrução e segmentação de angiografias via técnicas variacionais e métodos de Level Set
title_fullStr Reconstrução e segmentação de angiografias via técnicas variacionais e métodos de Level Set
title_full_unstemmed Reconstrução e segmentação de angiografias via técnicas variacionais e métodos de Level Set
title_sort Reconstrução e segmentação de angiografias via técnicas variacionais e métodos de Level Set
author Bulant, Carlos Alberto
author_facet Bulant, Carlos Alberto
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Blanco, Pablo Javier
dc.contributor.advisor1ID.fl_str_mv CPF:05976610730
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2207239537360072
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Feijóo, Raul Antonino
dc.contributor.advisor-co1ID.fl_str_mv CPF:40994244720
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2980425786626151
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Oliveira, Jauvane Cavalcante de
dc.contributor.referee1ID.fl_str_mv CPF:46168834320
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/4054756781423727
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Silva, Nelson Albuquerque de Souza e
dc.contributor.referee2ID.fl_str_mv CPF:11111111111
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/6460447408144781
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Larrabide, Ignacio
dc.contributor.referee3ID.fl_str_mv CPF:05870381797
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7463531453177857
dc.contributor.authorID.fl_str_mv CPF:06140003784
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0475665247783149
dc.contributor.author.fl_str_mv Bulant, Carlos Alberto
contributor_str_mv Blanco, Pablo Javier
Feijóo, Raul Antonino
Oliveira, Jauvane Cavalcante de
Silva, Nelson Albuquerque de Souza e
Larrabide, Ignacio
dc.subject.por.fl_str_mv Processamento de imagem
Sistema cardiovascular
Aneurisma cerebral
topic Processamento de imagem
Sistema cardiovascular
Aneurisma cerebral
Cardiovascular system
Image processing
Intracranial aneurysms
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)
dc.subject.eng.fl_str_mv Cardiovascular system
Image processing
Intracranial aneurysms
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)
description This work focuses on tomographic reconstruction and three-dimensional arterial structures segmentation problems, understanding both as fundamentals modules of patient specific-based cardiovascular modeling. Is in this context where the possibility of improving information quality contained in medical images, by means of more accurate reconstruction methods, is of interest because of its impact on segmentation algorithm precision, allowing the construction of more realistic vessel geometrical models. Specifically, in this work, we study the reconstruction from projection inverse problem based on the classic simplified model for x-ray interaction, using the Radon transform, in two and three dimensions with different acquisition geometries. Then, we present the standard methods, which are based on analytic inversion of the Radon transform in the form of back-projection. An iterative reconstruction method based on sensitivity analysis, was studied and adapted to work in a parallel and matrix-free form. In addition, a novel reconstruction method, with foundations given by the theoretical framework of variational formulations, is developed. In view of the characteristics of the methodology, the computational implementation is carried out following a distributed computing paradigm on top of a matrix-free form version of the method. We perform parameter sensitivity analysis for each method, and a quantitative comparative analysis among them, using the well known Shepp-Logan head phantom, is also presented. Some preliminary reconstruction studies with real data are presented. In the context of medical image segmentation, we explore two alternatives for arterial structures segmentation from three dimension images acquired on three-Dimensional Rotational Angiography and Computed Tomography Angiography clinical studies. The first methodology is based on a simple seeded region growing algorithm, combined with thresholding and anisotropic diffusion techniques. The second pipeline uses a Level Set approach, initialized with the colliding fronts algorithm. Now days, Level Set methods variants are gaining popularity for vessel segmentation problems. In this work, we present a qualitative comparison by segmenting a numerical phantom, as well as segmenting arterial structures on different anatomical regions of the head and neck. At last, we present some recommendations for method and parameter choosing, as a function of the anatomical region.
publishDate 2013
dc.date.issued.fl_str_mv 2013-02-26
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2015-03-04T18:57:36Z
dc.date.available.fl_str_mv 2015-02-23
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://tede.lncc.br/handle/tede/138
url https://tede.lncc.br/handle/tede/138
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Laboratório de Computação Científica
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
dc.publisher.initials.fl_str_mv LNCC
dc.publisher.country.fl_str_mv Brasil
dc.publisher.department.fl_str_mv Serviço de Análise e Apoio a Formação de Recursos Humanos
publisher.none.fl_str_mv Laboratório de Computação Científica
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC
instname:Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)
instacron:LNCC
instname_str Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)
instacron_str LNCC
institution LNCC
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC
bitstream.url.fl_str_mv http://tede-server.lncc.br:8080/tede/bitstream/tede/138/1/bulant.pdf
http://tede-server.lncc.br:8080/tede/bitstream/tede/138/2/bulant.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv 7bdeb54a02eeadbb90a53496f04a524c
ed3cd0c65255aea5561c78e80b1f40a6
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC - Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)
repository.mail.fl_str_mv library@lncc.br||library@lncc.br
_version_ 1797683217781751808