We present a fully automatic, graph-based technique for extracting the retinal vascular topology -- that is, how different vessels are connected to each other -- given a single color fundus image. Determining this connectivity is very challenging because vessels cross each other in a 2D image, obscuring their true paths. We quantitatively validated the usefulness of our extraction method by using it to achieve comparable state-of-the-art results in retinal artery-vein classification. Our proposed approach works as follows: We first segment the retinal vessels using our previously developed state-of-the-art segmentation method. Then, we estimate an initial graph from the extracted vessels and assign the most likely blood flow to each edge. We then use a handful of high-level operations (HLOs) to fix errors in the graph. These HLOs include detaching neighboring nodes, shifting the endpoints of an edge, and reversing the estimated blood flow direction for a branch. We use a novel cost function to find the optimal set of HLO operations for a given graph. Finally, we show that our extracted vascular structure is correct by propagating artery/vein labels along the branches. As our experiments show, our topology-based artery-vein labeling achieved state-of-the-art results on three datasets: DRIVE, AV-WIDE, and INSPIRE. We also performed several ablation studies to separately verify the importance of the segmentation and AV labeling steps of our proposed method. These ablation studies further confirmed that our graph extraction pipeline correctly models the underlying vascular anatomy.


翻译:我们展示了一种完全自动的、基于图形的技术来提取视网膜血管结构学 -- -- 即不同船舶是如何相互连接的 -- -- 给一个单一颜色的金字塔图像。 确定这种连接性非常具有挑战性, 因为船舶以2D图像相互交叉, 掩盖了真实路径。 我们量化地验证了我们提取方法的有用性, 利用它来实现视网膜动脉分类方面的可比状态结果。 我们建议的方法如下: 我们首先使用我们先前开发的艺术状态分解法来分割视网膜船只。 然后, 我们从提取的油管船只中估算初步的图表, 并把最可能的血液流分配到每个边缘。 我们然后使用一些高水平操作( HLO) 来修正图表中的错误。 这些HLO方法包括解剖相邻节点, 改变边缘端端点, 并扭转一个分支的估计血流方向。 我们使用一种新型的成本函数来找到我们之前开发过的HLO操作的最佳方法 。 最后, 我们展示了我们提取的血管结构结构结构结构结构的模型, 通过直径直径的A- 显示我们的三个实验室的标签结构的实验室实验, 展示了我们通过直径结构的路径, 显示了我们通过直径直径对A- 。

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