Learning Hybrid Representations for Automatic 3D Vessel Centerline Extraction

计算机科学 点云 人工智能 卷积神经网络 点(几何) 计算机视觉 不连续性分类 推论 代表(政治) 模式识别(心理学) 图像(数学) 分割 数学 数学分析 几何学 政治 政治学 法学
作者
Jiafa He,Chengwei Pan,Can Yang,Ming Zhang,Yang Wang,Xiaowei Zhou,Yizhou Yu
出处
期刊:Lecture Notes in Computer Science 卷期号:: 24-34 被引量:23
标识
DOI:10.1007/978-3-030-59725-2_3
摘要

Automatic blood vessel extraction from 3D medical images is crucial for vascular disease diagnoses. Existing methods based on convolutional neural networks (CNNs) may suffer from discontinuities of extracted vessels when segmenting such thin tubular structures from 3D images. We argue that preserving the continuity of extracted vessels requires to take into account the global geometry. However, 3D convolutions are computationally inefficient, which prohibits the 3D CNNs from sufficiently large receptive fields to capture the global cues in the entire image. In this work, we propose a hybrid representation learning approach to address this challenge. The main idea is to use CNNs to learn local appearances of vessels in image crops while using another point-cloud network to learn the global geometry of vessels in the entire image. In inference, the proposed approach extracts local segments of vessels using CNNs, classifies each segment based on global geometry using the point-cloud network, and finally connects all the segments that belong to the same vessel using the shortest-path algorithm. This combination results in an efficient, fully-automatic and template-free approach to centerline extraction from 3D images. We validate the proposed approach on CTA datasets and demonstrate its superior performance compared to both traditional and CNN-based baselines.

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