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3D Coronary Artery Reconstruction by 2D Motion Compensation Based on Mutual Information - 04/02/18

Doi : 10.1016/j.irbm.2017.11.005 
S. Li a, b, c, d, e, , J.C. Nunes c, d, e , C. Toumoulin c, d, e , L. Luo b, c
a Biological Science and Medical Engineering School of Southeast University, No. 2 Sipailou, Xuanwu District, Nanjing 210096, China 
b Laboratory of Image Science and Technology, Southeast University, No. 2 Sipailou, Xuanwu District, Nanjing 210096, China 
c Centre de Recherche en Information Biomedicale Sino-Francais (LIA CRIBs), Rennes, France 
d Laboratoire Traitement du Signal & de l'Image (LTSI), Université de Rennes 1, F-35042 Rennes, France 
e INSERM, UMR 1099, F-35042 Rennes, France 

Corresponding author at: Laboratory of Image Science and Technology, Southeast University, No. 2 Sipailou, Xuanwu District, Nanjing 210096, China.Laboratory of Image Science and TechnologySoutheast UniversityNo. 2 SipailouXuanwu DistrictNanjing210096China

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Graphical abstract

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Highlights

We propose a new 2D motion compensated reconstruction method of coronary arteries.
The proposed method achieves a better 3D quality than other two reference methods.
The proposed method avoids the complex segmentation of the vessel centerlines.
The considerable improvement increases the clinical usability of 3D coronary artery.

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Abstract

Background

3D reconstruction of the coronary arteries can provide more information in the interventional surgery. Motion compensation is one kind of the 3D reconstruction method.

Methods

We propose a novel and complete 2D motion compensated reconstruction method. The main components include initial reconstruction, forward projection, registration and compensated reconstruction. We apply the mutual information (MI) and rigidity penalty (RP) as registration measure. The advanced adaptive stochastic gradient descent (ASGD) is adopted to optimize this cost function. We generate the maximum forward projection by the simplified distance driven (SDD) projector. The compensated reconstruction adopts the MAP iterative reconstruction algorithm which is based on   prior.

Results

Comparing with the ECG-gating reconstruction and other reference method, the evaluation indicates that the proposed 2D motion compensation leads to a better 3D reconstruction for both the rest and stronger motion phases. The algorithm compensates the residual motion and reduces the artifact largely. As the gating window width increases, the overall image noise decreases and the contrast of the vessels improves.

Conclusions

The proposed method improved the 3D reconstruction quality and reduced the artifact level. The considerable improvement in the image quality results from motion compensation increases the clinical usability of 3D coronary artery.

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Keywords : Motion compensation, Coronary artery, Mutual information, 3D reconstruction


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Vol 39 - N° 1

P. 69-82 - février 2018 Retour au numéro
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  • Times Varying Spectral Coherence Investigation of Cardiovascular Signals Based on Energy Concentration in Healthy Young and Elderly Subjects by the Adaptive Continuous Morlet Wavelet Transform
  • R.S. Singh, B.S. Saini, R.K. Sunkaria

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