Analiza obrazów 3D naczyń krwionośnych

Transkrypt

1 Andrzej Materka Analiza obrazów 3D naczyń krwionośnych Łódź, ul. Wólczańska 211/215, bud. B9 tel

2 Diagnostyka naczyń krwionośnych mózgu ZwęŜone naczynie Efekt udaru mózgu Wykrywanie chorób i dysfunkcji naczyń, planowanie operacji chirurgicznych, szkolnictwo medyczne, obszary odniesienia dla fmri. 2/14

3 Nieinwazyjne zobrazowanie MRI naczyń mózgu Jürgen R. Reichenbach, Jena, kierownik zespołu niemieckiego MRA SWI (Ŝyły) MRA ToF (tętnice) Obrazowanie podatności magnetycznej krwi Ŝylnej (SWI) Obrazowanie czasu przelotu krwi tętniczej (ToF) Jednoczesna akwizycja (krótki czas badania, niepotrzebne dopasowywanie obrazów) Niepotrzebny środek cieniujący Arvid Lundervold, Bergen, kierownik zespołu norweskiego Andrzej Materka, Łódź, kierownik zespołu polskiego Opracowanie szybkich nieinwazyjnych sekwencji angiografii rezonansu magnetycznego do segmentacji oraz ilościowej analizy układu naczyń tętniczych i Ŝylnych na obrazach 3D duŝej rozdzielczości, projekt specjalny MNiSW DWM/36/DFG/2007, /14

4 Modelowanie naczyń mózgu Segmentacja, modelowanie Model geometryczny 3D MRI (obraz rastrowy) Symulacja przepływu krwi i leków dr Marek Kocinski 4/14

5 Parametry drzew naczyń krwionośnych Keener, Snyder, Mathematical Physiology II: System Physiology, Springer 2009 Naczynie krwionośne D [mm] A [cm 2 ] P [mm Hg] v [cm/s] Aorta 25 2, Małe tętnice Tętniczki 0, Naczynia włosowate 0, ,03 śyłki 0, ,5 Małe Ŝyły śyły główne /14

6 Modelowanie geometryczne grubych naczyń Obraz rastrowy 3D Naczynie krwionośne Segmentacja, śledzenie, modelowanie Marek Kocinski 3D MRI raster data Model drzewa naczyń (wektory, triangulacja) 6/14

7 Modelowanie geometryczne 3D MRI Funkcja unaczynienia Progowanie, segmentacja Algorytmy L H = L L λ - Filtracja wieloskalowa - Progowanie, rozrost regionu - Morfologia matematyczna - Parametryczne modele deformowalne (active contours) - Metoda poziomicowa (level set) - Marching cubes xx yx zx L L L xy yy zy 3 λ2 λ1 L L L xz yz zz Wygładzanie powierzchni Wizualizacja 7/14

8 Walidacja Losowość obrazów niepewność, błędy Zmienność biologiczna (tkanki, organy, pacjenci, choroby, norma, patologia) Technika akwizycji obrazu (zdolność rozdzielcza, dyskretyzacja, projekcja obiektu,kwantowanie intensywności, zniekształcenia geometryczne, ruch pacjenta w trakcie pomiaru, zakłócenia szumowe) Metody przetwarzania obrazu (parametry filtru przetwarzania wstępnego, próg binaryzacji, stopień kompresji obrazu) Fizyczne obiekty testowe ø 1mm ø 2mm Przekrój MRI Wpływ zakłóceń: σ =0, 3 Fantom numeryczny 8/14

9 Symulacja procesu formowania MRI Symulowane drzewo naczyń krwionośnych ivolumique/segmentation/simri-hbc/ index-us.html SIMRI A versatile interactive 3D MRI simulator Raster obrazu Piksle obrazu Obraz MIP 9/14

10 Analiza cieńszych naczyń: tekstura Raster obrazu Naczynie krwionośne MaZda & B11 Model drzewa (symulacja komputerowa) Marek Kocinski Analiza tekstury 3D Rzeczywiste obrazy (mikroskop konfokalny) 10/14

11 Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Analiza tekstury 3D Model numeryczny Parametry tekstury 3D Dane rzeczywiste ackgrounds/white_rat_big.gif WT NG SH Genetycznie zaindukowane komórki nowotworowe 11/14

12 Analiza tekstury Model numeryczny Wartość średnia Z-GlevNonU Liczba gałęzi wylotowych 4 klasy lepkości krwi (1,0 cp; 3,6 cp; 5 cp; 10 cp) Dane rzeczywiste rcity/newest%20backgrounds/white _rat_big.gif Obrazy 3D z mikroskopu konfokalnego 6 klas nowotworowych naczyń krwionośnych 12/14

13 Naczynia włosowate: model przedziałowy Perfuzja Mikrocyrkulacja BOLUS injection Gyenge et al., AJP Heart, 1999 Vessel Membrane Tissue Marek Kocinski 13/14

14 Podsumowanie Analiza tekstury 3D moŝe być zastosowana do opisu ilościowego naczyń krwionośnych o średnicach porównywalnych do rozmiaru rastra. Analiza tekstury obrazów 3D umoŝliwia klasyfikację drzew naczyń krwionośnych o róŝnej architekturze. Połączenie 3 modeli (naczynia grube, cienkie, kapilary) jest otwartym problemem naukowym. Obszar zainteresowania 1 (tkanka zdrowa) Obszar zainteresowania 2 (duŝe unaczynienie, nowotwór) 14/14