Upper airways segmentation using principal curvatures

Abstract

Esta tesis propone una nueva técnica para segmentar las vías aéreas superiores. Esta propuesta permite la extracción de estructuras curvilíneas usando curvaturas principales. La propuesta permite la extracción de éstas estructuras en imágenes 2D y 3D. Entre las principales novedades se encuentra la propuesta de un nuevo criterio de parada en la propagación del algoritmo de realce de contraste (operador multi-escala de tipo sombrero alto). De la misma forma, el criterio de parada propuesto es usado para detener los algoritmos de difusión anisotrópica. Además, un nuevo criterio es propuesto para seleccionar las curvaturas principales que conforman las estructuras curvilíneas, que se basa en los criterios propuestos por Steger, Deng et. al. y Armande et. al. Además, se propone un nuevo algoritmo para realizar la supresión de nomáximos que permite reducir la presencia de discontinuidades en el borde de las estructuras curvilíneas. Para extraer los bordes de las estructuras curvilíneas, se utiliza un algoritmo de enlace que incluye un nuevo criterio de distancia para reducir la aparición de agujeros en la estructura final. Finalmente, con base en los resultados obtenidos, se utiliza un algoritmo morfológico para cerrar los agujeros y se aplica un algoritmo de crecimiento de regiones para obtener la segmentación final de las vías respiratorias superiores.This dissertation proposes a new approach to segment the upper airways. This proposal allows the extraction of curvilinear structures based on the principal curvatures. The proposal allows extracting these structures from 2D and 3D images. Among the main novelties is the proposal of a new stopping criterion to stop the propagation of the contrast enhancement algorithm (multiscale top-hat morphological operator). In the same way, the proposed stopping criterion is used to stop the anisotropic diffusion algorithms. In addition, a new criterion is proposed to select the principal curvatures that make up the curvilinear structures, which is based on the criteria proposed by Steger, Deng et. al. and Armande et. al. Furthermore, a new algorithm to perform the non-maximum suppression that allows reducing the presence of discontinuities in the border of curvilinear structures is proposed. To extract the edges of the curvilinear structures, a linking algorithm is used that includes a new distance criterion to reduce the appearance of gaps in the final structure. Finally, based on the obtained results, a morphological algorithm is used to close the gaps and a region growing algorithm to obtain the final upper airways segmentation is applied.Doctor en IngenieríaDoctorad