Análise de metodologias de pixel tracking dedicadas para a caracterização das lesões ateroscleróticas 2d em estruturas coronárias através de phantoms computacionais

Análise de metodologias de pixel tracking dedicadas para a caracterização das lesões ateroscleróticas 2d em estruturas coronárias através de phantoms computacionais

Author Grinet, Marco Antonio Vieira Macedo Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Moraes, Matheus Cardoso Autor UNIFESP Google Scholar
Institution Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Graduate program Engenharia Biomédica
Abstract Atherosclerosis is a cardiovascular disease of the arterial wall that occurs in susceptible areas of the main arteries and accumulates an estimated cost of over US$186 billion worldwide. Atherosclerotic lesions are caused by the retention of lipids and form plaques in the internal arterial wall. The risk factor of the patient with atherosclerosis is proportional to morphological aspects and composition of the plaque. Intravascular Ultrasound (IVUS) is a medical imaging modality widely used for evaluating atherosclerotic plaques through elastography. To properly perform elastography, it is necessary to track the displacement of the atherosclerotic plaques by using speckle tracking methods. However, many of the current speckle tracking methods present in the literature were developed for general ultrasound imaging applications, and there no specific method designed for IVUS imaging. Therefore, the goals of this study are to, first, propose a simple IVUS imaging–specific method for tracking the displacement of groups of pixels of interest in sequential IVUS images of the artery under different intraluminal pressures and, second, to evaluate the accuracy of the method through the use of a numerical phantom. The tracking method is based on a Block Matching framework, comparing two distinct frames within a selected region by normalized cross-correlation. Our method, specialized for IVUS applications, reduced the tracking area by implementing a limiting radius and a directional bias during the search. The method was evaluated by using 54 numerical phantom image sequences from 9 distinct arterial models, resulting in different arteries with atherosclerotic plaques under a range of pressures. The mean absolute tracking errors ± SD for our method were 15.56 ± 19.46 μm and 13.04 ± 13.82 μm for the horizontal and vertical directions, respectively, between 2 subsequent frames, and 162.58 ± 305.93 μm and 102.22 ± 130.61 μm from lower to higher pressures in the range of 6 frames. Compared to errors of 98 ± 84 μm and 55 ± 44 μm, and 104 ± 127 μm and 29 ± 57 μm, shown in the literature, we can verify that the proposed speckle tracking method shows better accuracy in IVUS images than other current tracking methods.

A aterosclerose é uma doença cardiovascular da parede arterial que ocorre em áreas suscetíveis das principais artérias e acumula um custo estimado de mais de US$186 bilhões em todo o mundo. As lesões ateroscleróticas são causadas pela retenção de lipídios e formam placas na parede arterial interna. O fator de risco do paciente com aterosclerose é proporcional aos aspectos morfológicos e composição da placa. Ultrassonografia Intravascular (IVUS) é uma modalidade de imagem médica amplamente utilizada para avaliar placas ateroscleróticas através de elastografia. Para realizar adequadamente a elastografia, é necessário rastrear o deslocamento das placas ateroscleróticas usando métodos de speckle tracking. No entanto, muitos dos atuais métodos de speckle tracking presentes na literatura foram desenvolvidos para aplicações de imagens de ultrassom em geral, e não há nenhum método específico projetado para IVUS. Portanto, os objetivos deste estudo são, primeiro, propor um método simples para rastrear o deslocamento de grupos de pixels de interesse em imagens IVUS sequenciais da artéria e, segundo, avaliar a precisão de o método através do uso de um phantom numérico. O método de rastreamento é baseado em uma estrutura de Block Matching, comparando duas frames distintos dentro de uma região selecionada por correlação cruzada normalizada. Nosso método, especializado em aplicações de IVUS, reduziu a área de rastreamento implementando um raio limitante e um viés direcional durante o rastreamento. O método foi avaliado usando 54 sequências de imagens de 9 modelos arteriais distintos, resultando em diferentes artérias com placas. Os erros de rastreamento absolutos médios ± DP para nosso método foram 15.56 ± 19.46 μm e 13.04 ± 13.82 μm para as direções horizontal e vertical, respectivamente, entre 2 frames subseqüentes, e 162.58 ± 305.93 μm e 102.22 ± 130.61 μm entre 6 frames. Comparados com os respectivos erros de 98 ± 84 μm e 55 ± 44 μm, e 104 ± 127 μm e 29 ± 57 μm apresentados na literatura, podemos verificar que o método de speckle tracking proposto apresenta melhor acurácia em imagens de IVUS do que outros métodos de tracking atuais.
Keywords Speckle Tracking
Atherosclerosis
Elastography
Intravascular Ultrasound (IVUS)
Speckle Tracking
Aterosclerose
Elastografia
Ultrassom Intravascular (IVUS)
Language Portuguese
Date 2019-09-13
Research area Análise De Sinais E Imagens Biomédicas
Knowledge area Instrumentação Biomédica
Publisher Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Extent 51 p.
Origin https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=7822129
Access rights Closed access
Type Dissertation
URI https://repositorio.unifesp.br/handle/11600/59586

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