Circle of Willis Centerline Graphs: A Dataset and Baseline Algorithm - 07/02/26

Doi : 10.1016/j.neuri.2026.100265 
Fabio Musio, MSc a, b, , Norman Juchler, PhD a , Kaiyuan Yang, MSc b , Suprosanna Shit, PhD b , Chinmay Prabhakar, MSc b , Bjoern Menze, PhD b , Sven Hirsch, PhD a
a Institute of Computational Life Sciences, Zurich University of Applied Sciences (ZHAW), Waedenswil, Switzerland 
b Department of Quantitative Biomedicine, University of Zurich, Zurich, Switzerland 

Corresponding Author:Institute of Computational Life Sciences, Zurich University of Applied Sciences (ZHAW), Waedenswil, Switzerland Schloss 4, 8820 Wädenswil Institute of Computational Life Sciences Zurich University of Applied Sciences (ZHAW) Schloss 4 Wädenswil Waedenswil 8820 Switzerland

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
Article gratuit.

Connectez-vous pour en bénéficier!

Sous presse. Manuscrit accepté. Disponible en ligne depuis le Saturday 07 February 2026
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Abstract

The Circle of Willis (CoW) is a critical network of brain arteries, often implicated in cerebrovascular pathologies. Voxel-level segmentation is an important first step toward automated CoW assessment, but full quantitative analysis requires centerline representations. However, conventional skeletonization techniques often struggle to extract reliable centerlines due to the CoW’s complex geometry, and publicly available centerline datasets remain scarce. To address these challenges, we used a thinning-based skeletonization algorithm to extract and curate centerline graphs and morphometric features from the TopCoW dataset, which includes 200 stroke patients imaged with magnetic resonance angiography (MRA) and computed tomography angiography (CTA). The curated graphs were used to develop a baseline algorithm for centerline and feature extraction, combining U-Net-based skeletonization with A* graph connection. Performance was evaluated on a held-out test set, focusing on anatomical accuracy and feature robustness. Further, we used the extracted features to predict the frequency of fetal-type PCA, confirm theoretical bifurcation optimality relations, and detect subtle modality differences. The baseline algorithm consistently reconstructed graph topology with high accuracy (F1 = 1), and average node distance between reference and predicted graphs was below one voxel. Features such as segment radius, length, and bifurcation ratios showed strong robustness, with median relative errors below 5% and Pearson correlations above 0.95. Our results demonstrate the utility of learning-based skeletonization for anatomically plausible centerline extraction. We emphasize the importance of going beyond voxel-level metrics by evaluating anatomical accuracy and feature robustness. The dataset and baseline algorithm have been released to support further research.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Release first public dataset of 250 Circle of Willis centerline graphs & features.
Perform morphology analysis of 200 stroke patients across CTA and MRA modalities.
Propose baseline algorithm for topology-preserving centerline extraction.
Evaluate robustness of centerline-derived features across extraction methods.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Circle of Willis, Centerline, Skeletonization, Vessel Graph, Vascular Geometry, Morphometric Features


Plan


© 2026  Publié par Elsevier Masson SAS.
Ajouter à ma bibliothèque Retirer de ma bibliothèque Imprimer
Export

    Export citations

  • Fichier

  • Contenu

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.

Elsevier s'engage à rendre ses eBooks accessibles et à se conformer aux lois applicables. Compte tenu de notre vaste bibliothèque de titres, il existe des cas où rendre un livre électronique entièrement accessible présente des défis uniques et l'inclusion de fonctionnalités complètes pourrait transformer sa nature au point de ne plus servir son objectif principal ou d'entraîner un fardeau disproportionné pour l'éditeur. Par conséquent, l'accessibilité de cet eBook peut être limitée. Voir plus

Mon compte


Plateformes Elsevier Masson

Déclaration CNIL

EM-CONSULTE.COM est déclaré à la CNIL, déclaration n° 1286925.

En application de la loi nº78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, vous disposez des droits d'opposition (art.26 de la loi), d'accès (art.34 à 38 de la loi), et de rectification (art.36 de la loi) des données vous concernant. Ainsi, vous pouvez exiger que soient rectifiées, complétées, clarifiées, mises à jour ou effacées les informations vous concernant qui sont inexactes, incomplètes, équivoques, périmées ou dont la collecte ou l'utilisation ou la conservation est interdite.
Les informations personnelles concernant les visiteurs de notre site, y compris leur identité, sont confidentielles.
Le responsable du site s'engage sur l'honneur à respecter les conditions légales de confidentialité applicables en France et à ne pas divulguer ces informations à des tiers.


Tout le contenu de ce site: Copyright © 2026 Elsevier, ses concédants de licence et ses contributeurs. Tout les droits sont réservés, y compris ceux relatifs à l'exploration de textes et de données, a la formation en IA et aux technologies similaires. Pour tout contenu en libre accès, les conditions de licence Creative Commons s'appliquent.