Comparison of characteristic extraction models for tortuosity in vascular anatomy

Abstract

És ben conegut que moltes malalties afecten la morfologia dels vasos sanguinis, pel que és essencial que els metges els estudiïn. Per a un anàlisi més precís, paràmetres quantitatius dels vasos es poden obtenir directament de les imatges mèdiques, encara que avui en dia l'avaluació qualitativa per part d'experts es segueix considerant el mètode estàndard. El principal objectiu d'aquest projecte és recopilar les mètriques existents encaminades a obtenir la tortuositat dels vasos (atribut que defineix la torsió o flexió excessiva de la vascularitat), amb l’objectiu de promoure l'estudi d'índexs quantitatius per que puguin ser aplicats en un futur proper en l’àmbit mèdic. També es presenten índexs basats en altres tipus de característiques dels vasos per comprendre la importància actual de la tortuositat. Per aquest motiu s'ha realitzat un resum de les mètriques dels vasos de la literatura recent. S'han detallat els índexs, classificats per tipus d'atribut (mida, tortuositat i d’altres) i ordenat de més antic a més actual. Tot això, ha permès definir les similituds i les diferències a més de mostrar l'evolució dels índexs de la quantificació de vasos sanguinis. Es destaca que la tortuositat és l'atribut més important ja que la majoria d’articles d'investigació recollits se centren en aquesta propietat, és per això que es posen en rellevància les propietats essencials que haurien de tenir un índex de tortuositat ideal. En resum, les mètriques quantitatives semblen tenir un enorme potencial per diagnosticar de forma correcta patologies, però encara necessiten més investigació si es volen implementar com una eina mèdica. Aquesta revisió pretén ser un punt de partida on es reuneix tot el coneixement actual sobre aquestes mètriques per a poder millorar la futura investigació.

Se sabe que muchas enfermedades afectan la morfología de los vasos sanguíneos, por lo que es esencial que los médicos las estudien. Para un análisis más preciso, los parámetros cuantitativos de los vasos se pueden extraer directamente de las imágenes médicas, aunque hoy en día la evaluación cualitativa por parte de expertos se sigue considerando el método estándar. El principal objetivo de este proyecto es recopilar las métricas existentes encaminadas a obtener la tortuosidad del vaso (atributo que define la torsión o flexión excesiva de la vascularidad), con el fin de promover el estudio de índices cuantitativos para que puedan ser aplicados en un futuro próximo en el campo médico. También se presentan índices basados en otro tipo de características de los vasos para comprender la importancia que tiene la tortuosidad actualmente. Para ello, se ha realizado un resumen de las métricas de los vasos de la literatura reciente. Se han detallado los índices, clasificados por tipo de atributo (tamaño, tortuosidad u otros) y ordenado de más antiguo a más actual. Todo ello, permite definir las similitudes y diferencias además de mostrar la evolución de los índices de la cuantificación de vasos sanguíneos. Se destaca que la tortuosidad es el atributo más importante ya que la mayoría de los artículos de investigación recogidos se centran en esta propiedad, por ello se ponen en relevancia las propiedades esenciales que debería tener un índice de tortuosidad ideal. En resumen, las métricas cuantitativas parecen tener un enorme potencial para diagnosticar correctamente patologías, pero aún se necesita más investigación si se quiere implementar como una herramienta m

Many diseases are known to affect the morphology of blood vessels, making it essential for clinicians to study them. For a more precise analysis, quantitative parameters of vessels can be extracted from imaging, although nowadays qualitative evaluation by experts remains as the gold standard. The main focus of this project is to collect existing metrics aimed at obtaining vessel tortuosity (attribute that defines excessive torsion or bending of vascularity) in order to promote the study of quantitative indices to be applied in a near future in the medical field. To better understand the importance of tortuosity, other types of vessel characteristic indices are also presented. A summary of the vessel metrics of the recent literature has been carried out. Indexes have been detailed, classified by type of attribute (size, tortuosity or others) and sorted from oldest to current. All this makes it easier to define the similarities and differences between them and allows seeing the evolution of the vessel quantification indices. Vessel diameter, Distance Factor Metric (DFM), Tortuosity index (τ_3), Curve standard deviation (Ksd), Sum of Angles Metric (SOAM), Tortuosity Coefficient (TC) and Tortuosity density (t) are considered to be the most relevant metrics included in this review. It is noted that tortuosity is the most important vessel attribute as most of the research is focused on this property, therefore, the essential properties that an ideal tortuosity index should have are highlighted. To sum up, quantitative metrics seem to have an enormous potential to correctly diagnose pathologies, but there is still a need for more research if they want to be implemented as a medical tool. This review aims to be a starting point where all current knowledge regarding these metrics is brought together in order to enhance research.