Computational methods for atherosclerotic plaque characterization

Abstract

This thesis focuses on the atherosclerotic plaque characterization using invasive and non-invasiveimaging modalities. The outermost aim is the development and implementation of atheroscleroticplaque characterization methodologies using Intravascular Ultrasound (IVUS), Optical CoherenceTomography (OCT) and Computed Tomography (CT) images of coronary vessels. The research wasinitiated after studying the limitations of existing automated plaque characterization methodologies,applied to widely used imaging modalities. In order to overcome these limitations, several methodologies have been developed.The contribution of this thesis is related to the following: (i) the implementation of new plaquecharacterization methodologies which overcome the literature limitations, (ii) the emergence ofproducing plaque characterization methodologies that can be applied to recently developed imagingsystems, (iii) the presentation of methodologies able to produce 3D arterial and plaque models forinvestigating the evolution of the plaque, (iv) the study and analysis of the error propagation of imaging systems to plaque detection, and (v) the automated image registration of intravascular images with histology.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή συμβάλλει στο πρόβλημα του χαρακτηρισμού της αθηρωματικής πλάκας χρησιμοποιώντας επεμβατικές και μη επεμβατικές απεικονιστικές μεθόδους. Απώτερος σκοπός είναι η ανάπτυξη και η εφαρμογή μεθοδολογιών για το χαρακτηρισμό της αθηρωματικής πλάκας χρησιμοποιώντας εικόνες ενδοαγγειακού υπερηχογραφήματος (IVUS), οπτικής συνεκτικής τομογραφίας (OCT) και αξονικής τομογραφίας (CT). Η έρευνα ξεκίνησε κατόπιν μελέτης των περιορισμών στις υφιστάμενες αυτοματοποιημένες μεθοδολογίες χαρακτηρισμού αθηρωματικής πλάκας, οι οποίες εφαρμόζονται σε ευρέως χρησιμοποιούμενες απεικονιστικές μεθόδους. Για να ξεπεραστούν αυτοί οι περιορισμοί, αναπτύχθηκαν νέες μεθοδολογίες. Επιπλέον, αναπτύχθηκαν και παρουσιάζονται για πρώτη φορά μεθοδολογίες για τον χαρακτηρισμό της αθηρωματικής πλάκας σεπροσφάτως ανεπτυγμένα συστήματα απεικόνισης.Η συνεισφορά της παρούσας διατριβής εντοπίζεται στους ακόλουθους συγκεκριμένους τομείς: (i) στην εφαρμογή νέων μεθοδολογιών χαρακτηρισμού αθηρωματικής πλάκας οι οποίες ξεπερνούν τους περιορισμούς της υπάρχουσας βιβλιογραφίας, (ii) στην ανάγκη ανάπτυξης μεθοδολογιών χαρακτηρισμού αθηρωματικής πλάκας ικανές να εφαρμοστούν σε προσφάτως ανεπτυγμένα συστήματα απεικόνισης, (iii) στην παρουσίαση μεθοδολογιών ικανών να παράγουν 3Δ μοντέλα αρτηριακής πλάκας, για τη διερεύνηση της εξέλιξης της αθηρωματικής πλάκας, (iv) στην μελέτη και την ανάλυση της διάδοσης των σφαλμάτων των συστημάτων απεικόνισης στην ανίχνευση της πλάκας, και (v) στην αυτοματοποιημένη ευθυγράμμιση των εικόνων ιστολογίας με ενδοαγγειακές εικόνες.