Coronary extraction and characterization in multi-detector computed tomography

The last technological advances of multi-detector computed tomography (MDCT) have brought significant improvements in image quality and consequently diagnostic performance. It opens, in particular, new perspectives for the coronary artery disease assessment. This paper presents a method for the coronary artery extraction and the lesion quantification. It makes use of a two stage-process. A tracking algorithm of the vascular structure, based on a 3D geometric moment operator, is first applied to estimate the vessel central axis location and its local diameter. It led to the extraction of the overall coronary tree. A deformable model technique, using a modified version of 3D level set technique, is then run on pathological vascular segments to refine the delineation of the wall and parietal calcifications. Parameters such as the narrowing or enlargement ratio of the vascular lumen, the minimum/maximum areas and the percent-area stenosis or aneurysm, are then computed for diagnosis purpose. The first method was submitted to a clinical evaluation on six data sets that showed good sensitivity and specificity performances. The second one was validated by experts, through a visual inspection of 2D cross-sections and volume rendering.

RésuméLes avancées technologiques, réalisées ces dernières années sur le scanner, ont inféré de manière significative sur la qualité des images et par voie de conséquence sur la qualité du jugement diagnostic. Elles ouvrent aujourd'hui de nouvelles perspectives sur l'évaluation des maladies des artères coronaires. Néanmoins, des algorithmes doivent être développés pour faciliter la détection et la quantification des pathologies vasculaires. La méthode décrite dans ce papier, réalise l'extraction des artères coronaires et la quantification des plaques calcifiées. Cette méthode procède en deux temps : un premier algorithme de suivi de la structure vasculaire, s'appuyant sur un opérateur moment géométrique 3-D, est appliqué pour estimer localement la position de l'axe central du vaisseau et son diamètre. Il permet d'extraire l'arbre coronarien dans sa globalité. Un modèle déformable exploitant une technique de level-set 3-D est ensuite appliqué localement sur les segments calcifiés pour améliorer la délinéation de la paroi coronaire et des calcifications pariétales. Un certain nombre de paramètres sont ensuite calculés à des fins diagnostiques : taux de rétrécissement/d'élargissement de la lumière vasculaire, surface minimale/maximale et pourcentage de sténose/d'anévrisme. La première méthode a été soumise à une première évaluation clinique attestant de bonnes performances en termes de sensibilité et spécificité, la seconde a été validée par des experts à travers une évaluation visuelle des résultats présentés sous forme de coupes 2-D et de rendu volumique.