Patient-specific computational hemodynamics of intracranial aneurysms from 3D rotational angiography and CT angiography: an in vivo reproducibility study

Patient-specific simulations of the hemodynamics in intracranial aneurysms can be constructed by using image-based vascular models and CFD techniques. This work evaluates the impact of the choice of imaging technique on these simulations

How do coil configuration and packing density influence intra-aneurysmal hemodynamics?

Endovascular coiling is a well-established therapy for treating intracranial aneurysms. Nonetheless, postoperative hemodynamic changes induced by this therapy remain not fully understood. The purpose of this work is to assess the influence of coil configuration and packing density on intra-aneurysmal hemodynamics

Automated Segmentation of Cerebral Vasculature with Aneurysms in 3DRA and TOF-MRA using Geodesic Active Regions: an Evaluation Study

Purpose: To evaluate the suitability of an improved version of an automatic segmentation method based on geodesic active regions (GAR) for segmenting cerebral vasculature with aneurysms from 3D X-ray reconstruc-tion angiography (3DRA) and time of °ight magnetic resonance angiography (TOF-MRA) images available in the clinical routine.Methods: Three aspects of the GAR method have been improved: execution time, robustness to variability in imaging protocols and robustness to variability in image spatial resolutions. The improved GAR was retrospectively evaluated on images from patients containing intracranial aneurysms in the area of the Circle of Willis and imaged with two modalities: 3DRA and TOF-MRA. Images were obtained from two clinical centers, each using di®erent imaging equipment. Evaluation included qualitative and quantitative analyses ofthe segmentation results on 20 images from 10 patients. The gold standard was built from 660 cross-sections (33 per image) of vessels and aneurysms, manually measured by interventional neuroradiologists. GAR has also been compared to an interactive segmentation method: iso-intensity surface extraction (ISE). In addition, since patients had been imaged with the two modalities, we performed an inter-modality agreement analysis with respect to both the manual measurements and each of the two segmentation methods. Results: Both GAR and ISE di®ered from the gold standard within acceptable limits compared to the imaging resolution. GAR (ISE, respectively) had an average accuracy of 0.20 (0.24) mm for 3DRA and 0.27 (0.30) mm for TOF-MRA, and had a repeatability of 0.05 (0.20) mm. Compared to ISE, GAR had a lower qualitative error in the vessel region and a lower quantitative error in the aneurysm region. The repeatabilityof GAR was superior to manual measurements and ISE. The inter-modality agreement was similar between GAR and the manual measurements. Conclusions: The improved GAR method outperformed ISE qualitatively as well as quantitatively and is suitable for segmenting 3DRA and TOF-MRA images from clinical routine.

Morphodynamic analysis of cerebral aneurysm pulsation from time-resolved rotational angiography

This paper presents a technique to estimate and model patient-specific pulsatility of cerebral aneurysms over onecardiac cycle, using 3D rotational X-ray angiography (3DRA) acquisitions. Aneurysm pulsation is modeled as a time varying-spline tensor field representing the deformation applied to a reference volume image, thus producing the instantaneousmorphology at each time point in the cardiac cycle. The estimated deformation is obtained by matching multiple simulated projections of the deforming volume to their corresponding original projections. A weighting scheme is introduced to account for the relevance of each original projection for the selected time point. The wide coverage of the projections, together with the weighting scheme, ensures motion consistency in all directions. The technique has been tested on digital and physical phantoms that are realistic and clinically relevant in terms of geometry, pulsation and imaging conditions. Results from digital phantomexperiments demonstrate that the proposed technique is able to recover subvoxel pulsation with an error lower than 10% of the maximum pulsation in most cases. The experiments with the physical phantom allowed demonstrating the feasibility of pulsation estimation as well as identifying different pulsation regions under clinical conditions.

Relation between plaque type, plaque thickness, blood shear stress, and plaque stress in coronary arteries assessed by X-ray Angiography and Intravascular Ultrasound

Purpose: Atheromatic plaque progression is affected, among others phenomena, by biomechanical, biochemical, and physiological factors. In this paper, the authors introduce a novel framework able to provide both morphological (vessel radius, plaque thickness, and type) and biomechanical (wall shear stress and Von Mises stress) indices of coronary arteries. Methods: First, the approach reconstructs the three-dimensional morphology of the vessel from intravascular ultrasound(IVUS) and Angiographic sequences, requiring minimal user interaction. Then, a computational pipeline allows to automatically assess fluid-dynamic and mechanical indices. Ten coronary arteries are analyzed illustrating the capabilities of the tool and confirming previous technical and clinical observations. Results: The relations between the arterial indices obtained by IVUS measurement and simulations have been quantitatively analyzed along the whole surface of the artery, extending the analysis of the coronary arteries shown in previous state of the art studies. Additionally, for the first time in the literature, the framework allows the computation of the membrane stresses using a simplified mechanical model of the arterial wall. Conclusions: Circumferentially (within a given frame), statistical analysis shows an inverse relation between the wall shear stress and the plaque thickness. At the global level (comparing a frame within the entire vessel), it is observed that heavy plaque accumulations are in general calcified and are located in the areas of the vessel having high wall shear stress. Finally, in their experiments the inverse proportionality between fluid and structural stresses is observed.

Relation between plaque type, plaque thickness, blood shear stress, and plaque stress in coronary arteries assessed by X-ray Angiography and Intravascular Ultrasound

Purpose: Atheromatic plaque progression is affected, among others phenomena, by biomechanical, biochemical, and physiological factors. In this paper, the authors introduce a novel framework able to provide both morphological (vessel radius, plaque thickness, and type) and biomechanical (wall shear stress and Von Mises stress) indices of coronary arteries. Methods: First, the approach reconstructs the three-dimensional morphology of the vessel from intravascular ultrasound(IVUS) and Angiographic sequences, requiring minimal user interaction. Then, a computational pipeline allows to automatically assess fluid-dynamic and mechanical indices. Ten coronary arteries are analyzed illustrating the capabilities of the tool and confirming previous technical and clinical observations. Results: The relations between the arterial indices obtained by IVUS measurement and simulations have been quantitatively analyzed along the whole surface of the artery, extending the analysis of the coronary arteries shown in previous state of the art studies. Additionally, for the first time in the literature, the framework allows the computation of the membrane stresses using a simplified mechanical model of the arterial wall. Conclusions: Circumferentially (within a given frame), statistical analysis shows an inverse relation between the wall shear stress and the plaque thickness. At the global level (comparing a frame within the entire vessel), it is observed that heavy plaque accumulations are in general calcified and are located in the areas of the vessel having high wall shear stress. Finally, in their experiments the inverse proportionality between fluid and structural stresses is observed.

Standardized evaluation methodology and reference database for evaluating IVUS image segmentation

This paper describes an evaluation framework that allows a standardized and quantitative comparison of IVUS lumen and media segmentation algorithms. This framework has been introduced at the MICCAI 2011 Computing and Visualization for (Intra)Vascular Imaging (CVII) workshop, comparing the results of eight teams that participated. We describe the available data-base comprising of multi-center, multi-vendor and multi-frequency IVUS datasets, their acquisition, the creation of the reference standard and the evaluation measures. The approaches address segmentation of the lumen, the media, or both borders; semi- or fully-automatic operation; and 2-D vs. 3-D methodology. Three performance measures for quantitative analysis have been proposed. The results of the evaluation indicate that segmentation of the vessel lumen and media is possible with an accuracy that is comparable to manual annotation when semi-automatic methods are used, as well as encouraging results can be obtained also in case of fully-automatic segmentation. The analysis performed in this paper also highlights the challenges in IVUS segmentation that remains to be solved.

A new approach to segmentation based on fusing circumscribed contours, region growing and clustering

One of the major problems in machine vision is the segmentation of images of natural scenes. This paper presents a new proposal for the image segmentation problem which has been based on the integration of edge and region information. The main contours of the scene are detected and used to guide the posterior region growing process. The algorithm places a number of seeds at both sides of a contour allowing stating a set of concurrent growing processes. A previous analysis of the seeds permits to adjust the homogeneity criterion to the regions's characteristics. A new homogeneity criterion based on clustering analysis and convex hull construction is proposed

Implementación de un sistema de almacenamiento y distribución multi-centro de imágenes médicas, mediante software libre

Este trabajo de fin de grado plantea probar la viabilidad de realizar un sistema de almacenamiento y distribución de imágenes médicas, utilizando únicamente software de código abierto, libre distribución o gratuito.

Producció d'un disc de música electrònica

Aquest projecte final explica algunes tècniques de producció relacionades amb la música electrònica, que també són aplicables a la música pop en general. Es descriuen els processos realitzats en dues parts, que parteixen de la producció de dos singles, Stars i Never mind. En la descripció del primer single s'hi expliquen tots els processos relacionats amb la coproducció i mescla d'una cançó de música electrònica, explorant-ne les possibilitats tant a nivell tècnic com artístic. El segon single, de composició pròpia i dut a terme majoritàriament a l'estudi de gravació, comprèn processos compositius a partir d'instruments virtuals i la seva posterior re-interpretació amb instruments acústics en diferents sessions de gravació, així com les tècniques utilitzades per la seva postproducció. L'objectiu principal ha estat aprendre a definir un so propi com a productor a partir de la combinació d'elements acústics i electrònics, i també repassar algunes tècniques de producció apreses durant la meva estada a l'ESMUC. La feina com a sonòleg i compositor queda documentada amb la descripció de tots aquests processos, deixant-ne constància per a futurs treballs.

A new approach to segmentation based on fusing circumscribed contours, region growing and clustering

One of the major problems in machine vision is the segmentation of images of natural scenes. This paper presents a new proposal for the image segmentation problem which has been based on the integration of edge and region information. The main contours of the scene are detected and used to guide the posterior region growing process. The algorithm places a number of seeds at both sides of a contour allowing stating a set of concurrent growing processes. A previous analysis of the seeds permits to adjust the homogeneity criterion to the regions's characteristics. A new homogeneity criterion based on clustering analysis and convex hull construction is proposed

Protecció dels dret de copia en imatges digitals

L'objectiu principal d'aquest treball consisteix a aconseguir i documentar algun tipus de sistema que permeti encastar, a una imatge digital, un codi que la identifiqui respecte de la resta de les còpies i que no comporti un canvi visual en la imatge.

Mòdul de visualització 3D d’ ajuda al diagnòstic de les neoplàsies rectals

El diagnòstic mitjançant la imatge mèdica s’ha convertit en una eina fonamental en la pràctica clínica, permet entre altres coses, reconstruir a partir d’un conjunt d’imatges 2D, obtingudes a partir d’aparells de captació, qualsevol part de l’organisme d’un pacient i representar-lo en un model 3D. Sobre aquest model 3D poden realitzar-se diferents operacions que faciliten el diagnòstic i la presa de decisions als especialistes. El projecte que es presenta forma part del desenvolupament de la plataforma informàtica de visualització i tractament de dades mèdiques, anomenada Starviewer, que desenvolupen conjuntament el laboratori de Gràfics i Imatge (GiLab) de la Universitat de Girona i l’ Institut de Diagnòstic per la Imatge (IDI) de l’Hospital Josep Trueta de Girona. En particular, en aquest projecte es centra en el diagnòstic del càncer colorectal i el desenvolupament de mètodes i tècniques de suport al seu diagnòstic. Els dos punts claus en el tractament d’aqueta patologia són: la detecció de les lesions I l’estudi de l’evolució d’aquestes lesions, una vegada s’ha iniciat el tractament tumoral. L’objectiu principal d’aquest projecte és implementar i integrar en la plataforma Starviewer les tècniques de visualització i processament de dades necessàries per donar suport als especialistes en el diagnòstic de les lesions del colon. Donada la dificultat en el processament de les dades reals del budell ens proposem: dissenyar i implementar un sistema per crear models sintètics del budell; estudiar, implementar i avaluar les tècniques de processament d’imatge que calen per segmentar lesions de budell; dissenyar i implementar un sistema d’exploració del budell iintegrar de tots els mòduls implementats en la plataforma starviewer

Programa d'anàlisi d'imatges de provetes metal·logràfiques

L’objectiu del present TFM és explorar les possibilitats del programa matemàtic MATLAB i la seva eina Entorn de Disseny d’Interfícies Gràfiques d’Usuari (GUIDE), desenvolupant un programa d’anàlisi d’imatges de provetes metal·logràfiques que es pugui utilitzar per a realitzar pràctiques de laboratori de l’assignatura Tecnologia de Materials de la titulació de Grau en Enginyeria Mecatrònica que s’imparteix a la Universitat de Vic. Les àrees d’interès del treball són la Instrumentació Virtual, la programació MATLAB i les tècniques d’anàlisi d’imatges metal·logràfiques. En la memòria es posa un èmfasi especial en el disseny de la interfície i dels procediments per a efectuar les mesures. El resultat final és un programa que satisfà tots els requeriments que s’havien imposat en la proposta inicial. La interfície del programa és clara i neta, destinant molt espai a la imatge que s’analitza. L’estructura i disposició dels menús i dels comandaments ajuda a que la utilització del programa sigui fàcil i intuïtiva. El programa s’ha estructurat de manera que sigui fàcilment ampliable amb altres rutines de mesura, o amb l’automatització de les rutines existents. Al tractar-se d’un programa que funciona com un instrument de mesura, es dedica un capítol sencer de la memòria a mostrar el procediment de càlcul dels errors que s’ocasionen durant la seva utilització, amb la finalitat de conèixer el seu ordre de magnitud, i de saber-los calcular de nou en cas que variïn les condicions d’utilització. Pel que fa referència a la programació, malgrat que MATLAB no sigui un entorn de programació clàssic, sí que incorpora eines que permeten fer aplicacions no massa complexes, i orientades bàsicament a gràfics o a imatges. L’eina GUIDE simplifica la realització de la interfície d’usuari, malgrat que presenta problemes per tractar dissenys una mica complexos. Per altra banda, el codi generat per GUIDE no és accessible, cosa que no permet modificar manualment la interfície en aquells casos en els que GUIDE té problemes. Malgrat aquests petits problemes, la potència de càlcul de MATLAB compensa sobradament aquestes deficiències.

Estimació de la massa d'un porc a partir de l'anàlisi d'imatges digitals

El programa permet estimar la massa d'un porc a partir de sis longituds (la llargada i l'amplada en cinc posicions corresponents a espatlla, abdomen i malucs) obtingudes en una imatge digital de l'animal amb la càmera situada en posició zenital. S'adjunten dos conjunts de dades de referència que permeten obtenir l'equació que relaciona la massa del porc amb el seu volum, considerat com una esfera o un cilindre. Manual d'us: Per a usar el programa només cal indicar en la primera secció de codi el nom del fitxer de dades que es vol importar per generar el model pes / volum i en la darrera de totes, la llargada i les cinc amplades (en cm) del porc per al qual es vol estimar la massa.