Wyznaczanie kierunku stycznej do dowolnego punktu trójwymiarowej krzywej wolumetrycznej w ilościowej analizie ludzkich drzew oskrzelowych

Abstract

Ilościowa analiza ludzkich drzew oskrzelowych składa się z kilku kroków: segmentacji drzewa, szkieletyzacji, dekompozycji drzewa i anatomicznego etykietowania, generacji przekrojów prostopadłych i na końcu wykonania właściwych pomiarów. Każdy z kroków wymaga użycia innych algorytmów przetwarzania obrazów, a ich wynik ma silny wpływ na jakość uzyskanych pomiarów. W artykule autorzy przetestowali cztery algorytmy wyznaczania kierunku stycznej do dowolnego punktu dyskretnej krzywej trójwymiarowej, które mogą zostać zastosowane w problemie analizy ilościowej oskrzeli. Krzywe dyskretne reprezentujące całe oskrzele oraz wyznaczone kierunki stycznych są wykorzystywane w procesie generacji przekrojów poprzecznych drzewa. Są to często krzywe o nieregularnym kształcie będącym wynikiem niedoskonałości procesu szkieletyzacji. Dlatego ich analiza jest znacznie utrudniona. Artykuł prezentuje podstawowe koncepcje algorytmów oraz ich działanie w zastosowaniu do obiektów sztucznych o znanych parametrach oraz w zastosowaniu praktycznym do krzywej powstałej na bazie ludzkiego drzewa oskrzelowego.

Quantitative description of an airway tree consists in application of several steps: segmentation of the tree, skeletonization, decomposition and anatomical labelling, cross section generation and finally quantitative measurements. Each step needs to use different kinds of image processing algorithms and their results have strong impact to quality of the final measurements. In the paper authors tested four methods for tangent estimation of 3D volumetric curves which can be used in bronchial trees analysis. 3D curves and tangent directions are used to generate cross sections of the tree. Therefore curves can be irregular and very hard to analysis. The paper presents basic concepts of the algorithms and their application to two artificial object with known parameters and real application to curve generated based on real human airway tree.