Zastosowanie metody zbiorów poziomicowych do wyodrębniania struktur naczyniowych w obrębie nerki w celu minimalizacji inwazyjności zabiegów onkologicznych

• Autorzy: Bugajska K. , Skalski A. , Drewniak T. , Gajda J.

Warianty tytułu

EN

The application of the level set method to extract vascular structures in the kidneys in order to minimize invasiveness of oncological surgeries

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaproponowano zastosowanie algorytmów przetwarzania obrazów w celu wyodrębnienia struktur naczyniowych zlokalizowanych w obrębie nerki. Możliwość identyfikacji tętnic odżywiających guza nerki pozwala na jego usunięcie bez ryzyka wystąpienia urazu niedokrwiennego i przyczynia się do maksymalnego zabezpieczenia czynności nerki. Minimalizacja inwazyjności zabiegu usunięcia guza jest także korzystna dla pacjenta. Badania rozpoczęto od segmentacji struktur naczyniowych preparatów anatomicznych. Do ich wyodrębnienia zastosowano progowanie z histerezą, co pozwoliło na otrzymanie funkcji inicjalizującej dla metody zbiorów poziomicowych. Otrzymane wyniki potwierdziły skuteczność doboru metody - wizualnie ciągłość tych struktur była lepiej odtworzona względem samej binaryzacji, a granice obiektów były odpowiednio odwzorowane. Dodatkowo, analiza ilościowa polegająca na porównaniu otrzymanych wyników działania algorytmu z ręcznymi obrysami okazała się zadawalająca, co skłania do kontynuacji badań mogących stanowić o renoprotekcji.

EN

In the article we have proposed an application of several image processing algorithms to extract renal vessels. Earlier identification of the tumor feeding arteries facilitates conducting a zero-ischemia partial nephrectomy and preservation of renal function. This minimally invasive procedure is also beneficial for a patient. The study began with vascular structures segmentation of anatomical preparations. To do this hysteresis thresholding was applied to three dimensional computer tomography images. It allowed to obtain an initialization function for subsequently applied segmentation method – i.e. the level set method. The results confirmed the effectiveness of described methods - visually, in comparison to initial binarization, the acquired structures continuity had been found better and the objects boundaries were properly mapped. In addition, quantitative analysis involving the comparison of segmentation results with manual ones had been found satisfactory, that encourages to continue further research.

Słowa kluczowe

PL

segmentacja naczyń krwionośnych; metoda zbiorów poziomicowych; zabieg nerkooszczędny; rak nerki; leczenie

EN

kidney vascular segmentation; level set method; nephron sparing surgery; kidney cancer; treatment

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 91, nr 5
• Strony: 68--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bugajska K.

• AGH Akademia Górniczo- Hutnicza w Krakowie, Katedra Metrologii i Elektroniki, Al. Mickiewicza 30, 30-059

autor

Skalski A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Katedra Metrologii i Elektroniki, Al. Mickiewicza 30, 30-059

autor

Drewniak T.

• Oddział Urologii, Szpital Specjalistyczny im. L. Rydygiera w Krakowie

autor

Gajda J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Katedra Metrologii i Elektroniki, Al. Mickiewicza 30, 30-059

Bibliografia

• [1] Dobruch J., et al., Małoinwazyjne metody leczenia chirurgicznego guzów nerki–część I, Urologia Polska, 61 (2008), nr. 2
• [2] Konturek S., Fizjologia człowieka tom III – oddychanie, czynność nerek, równowaga kwasowo – zasadowa, płyny ustrojowe., Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, (2001)
• [3] Shao, P., et al., Precise segmental renal artery clamping under the guidance of dual-source computed tomography angiography during laparoscopic partial nephrectomy, European Urology 62 (2012), n.6, 1001-1008
• [4] Xu, Y., et al., Three-dimensional renal CT angiography for guiding segmental renal artery clamping during laparoscopic partial nephrectomy, Clinical Radiology 68 (2013), n. 11, e609-e616
• [5] Ukimura, O., Nakamoto M., Gill I.S., Three-dimensional reconstruction of renovascular-tumor anatomy to facilitate zeroischemia partial nephrectomy, European Urology, 61 (2012), n.1, 211-217
• [6] Kirbas C., Quek F., A review of vessel extraction techniques and algorithms, ACM Computing Surveys (CSUR) 36 (2004), n.2, 81-121
• [7] Lesage D., et al., A review of 3D vessel lumen segmentation techniques: Models, features and extraction schemes, Medical image analysis 13 (2009), n.6, 819-845
• [8] Magee D., Bulpitt A., Berry E., 3D automated segmentation and structural analysis of vascular trees using deformable models, IEEE Workshop on Variational and Level Set Methods in Computer Vision, 2001. (2001), 119-126
• [9] Brieva J., Coronary artery segmentation in X-Ray Angiographic image by means of a shape based level set method, Health Care Exchanges (PAHCE), 2013 Pan American. IEEE, (2013)
• [10] Chung, Albert CS., Image Segmentation Methods for Detecting Blood Vessels in Angiography, ICARCV, (2006), 1-6
• [11] Persson P.O., The Level Set Method Lecture Notes, MIT 16.920J / 2.097J / 6.339J, Numerical Methods for Partial Differential Equations, (2005)
• [12] Canny J. A computational approach to edge detection, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 8 (1986), n.6, 679-698
• [13] Cheng, L., et al., A generalized level set formulation of the Mumford-Shah functional with shape prior for medical image segmentation, Computer Vision for Biomedical Image Applications, Springer Berlin Heidelberg, (2005) 61-71
• [14] Lombaert H., Level Set method: Explanation, Shape Analysis Group, McGill University, http://step.polymtl.ca/~rv101/levelset/#fig:levelset-square/ (odwiedzona 2015-01-20)
• [15] Chan, T. F., Vese, L. A., Active contours without edges. IEEE transactions on Image processing, 10, (2001), n.2, 266-277
• [16] Zhao H.-K., et al., A variational level set approach to multiphase motion, Journal of Computational Physics, 127, (1996), n.1, 179–195
• [17] Dice, L.R., Measures of the amount of ecologic association between species, Ecology, 26 (1945), n.3, 297-302