Echographie 3D : de l’acquisition `a la reconstruction ´ 153

De nombreuses recherches ont ´et´e men´ees pour d´evelopper des m´ethodes et des techniques d’´echographie 3D pour le guidage des th´erapies et du diagnostic ([Fenster et al., 2002]. Les solutions propos´ees pour l’acquisition de volumes en ´echographie peuvent ˆetre class´ees en deux approches :

– Les sondes 3D `a plusieurs rang´ees de capteurs [Light et al.,1998], qui orientent les faisceaux d’ultrasons `a travers un volume pyramidal et permettent d’obtenir des acquisitions tridimensionnelles instantan´ees. Le principal inconv´enient de ces sondes est la limitation de la r´esolution spatiale et leur coˆut.

– Le rep´erage de la sonde 2D : dont [Solberg et al., 2007] font un ´etat de l’art des algorithmes de reconstruction utilisant cette m´ethode.

Dans l’´echographie 3D reconstruite `a partir d’acquisitions 2D, une s´erie d’images 2D sont combin´ees par un calculateur pour former des volumes objectifs de l’anato-mie et de la pathologie.

(a) (b)

Prostate Urètre

Billes (à cibler)

Figure 4.12 – Fantˆome multi-modalit´es de biopsie de la prostate. En (a) : IRM pond´er´ee T2 ; (b) : ´echographie transrectale.

En acquisition main libre, il est possible de recr´eer des coupes 2D avec des inclinaisons quelconques et de d´epasser les limitations dues `a la morphologie du sujet de l’image, notamment l’anatomie du patient.

Dans notre ´etude, nous utilisons le rep´erage de la sonde pour reconstruire des volumes d’´echographie.

Acquisition Les images sont acquises sur le fantˆome multi-modalit´e (d´ecrit en

4.4.1.1) dans les laboratoires de l’unit´e Inserm U703, et sur des patients lors d’exa-mens ou biopsies `a l’hˆopital Claude Huriez du CHRU de Lille.

Deux syst`emes d’´echographie diff´erents ont ´et´e utilis´es. Le premier, utilis´e `a l’unit´e U703, est un mod`ele portable ´equip´e d’une sonde abdominale de matrice courb´ee et de fr´equence 5 Mhz (figure 4.13). L’appareil est commercialis´e par la soci´et´e Sonosite, et est le mod`ele 180 plus.

Le syst`eme d’´echographie utilis´e au d´epartement de radiologie du Professeur LEMAITRE `a l’hˆopital Claude Huriez, est un appareil d’´echographie de diagnostic et de guidage op´eratoire, ´equip´e d’une sonde endorectale biplan `a 13 Mhz (figure

Figure 4.13 – Appareil d’´echographie portable Sonosite 180 Plus, et sa sonde ab-dominale.

”MyLab 70”.

Figure4.14 – Syst`eme d’´echographie ESAOTE MyLab 70, et sa sonde endorectale. Les images acquises en main libre sont transmises en temps r´eel depuis la sor-tie s-video de l’appareil vers un ordinateur, via une carte d’acquisition video. Un logiciel d´evelopp´e dans la plateforme ArtiMed permet alors d’enregistrer les images dans le format DICOM, en incluant les positions spatiales des plans d’acquisition, obtenues par un syst`eme de rep´erage. Ces donn´ees, formant un ensemble de plans d’acquisitions, seront utilis´ees pour reconstruire un volume d’´echographie 3D.

Rep´erage spatial Le positionnement des plans d’acquisition se fait grˆace `a un syst`eme de rep´erage spatial ´electromagn´etique avec un ´emetteur mont´e sur la sonde et un r´ecepteur `a proximit´e. Le syst`eme que nous utilisons est le mod`ele trakStar commercialis´e par la soci´et´e Ascension (figure4.15).

L’´emetteur cr´ee un champs magn´etique qui induit un courant ´electrique dans la bobine du r´ecepteur. L’analyse de ce courant donne la position et l’orientation du r´ecepteur par rapport `a l’´emetteur, avec des pr´ecisions statiques de l’ordre de 0.5mm pour les positions, et de 0.1◦ pour l’orientation (performances annonc´ees par le constructeur).

émetteur

récepteur boîtier

Figure 4.15 – Syst`eme de rep´erage ´electromagn´etique trakStar.

Quel que soit type de rep´erage utilis´e, une ´etape de calibrage de la sonde [Mercier et al.,2005b] est n´ecessaire pour ´evaluer la transformation TE

imqui permet de mettre en relation le rep`ere de l’´emetteur coll´e `a la sonde (E) `a celui de l’image (im), comme le montre la figure 4.16. La transformation TR

E reliant les rep`eres de l’´emetteur et du r´ecepteur est donn´ee par le syst`eme ´electromagn´etique. Le passage du r´ef´erentiel de l’image `a celui du r´ecepteur (suppos´e fixe par rapport au patient) est alors donn´e par TE

im◦ TR E.

La m´ethode de calibrage utilis´ee est celle introduite par [Prager et al., 1998]. Reconstruction 3D Grˆace au couplage de l’acquisition des images et des infor-mations de rep´erage , un suivi en temps r´eel de ces acquisitions est effectu´e par le biais d’une interface d´edi´ee dans la plateforme ArtiMed (figure4.17).

L’ensemble des images DICOM obtenus par ce processus forment alors une distri-bution d’images plans dans un r´ef´erentiel 3D, dont les orientations et les espacements sont diff´erents et irr´eguliers. La conversion de ces images en une grille de donn´ees

R_im R_E R_R R E T R im T Émetteur Récepteur

Figure 4.16 – Rep´erage : de l’image `a la r´ef´erence.

3D form´ee par des voxels r´eguliers passe alors par un processus de reconstruction constitu´e de deux ´etapes majeures :

– Initialisation de la grille de donn´ees : les axes et la taille du volume ainsi que la taille des voxels sont d´etermin´es, de mani`ere automatique ou semi-supervis´ee. – Interpolation des valeurs des voxels : ceci est un probl`eme tr`es semblable `a celui d´ecrit dans le paragraphe 4.3.4.2. Il s’agit ici d’interpoler les donn´ees provenant des plans d’images afin d’affecter des valeurs aux voxels de la grille de reconstruction (figure 4.18).

La figure 4.19 montre un exemples de volume reconstruit `a partir d’acquisitions 2D main libre.

4.4.1.3 Donn´ees IRM

Fantˆome Une acquisition d’IRM a ´et´e r´ealis´ee avec un syst`eme Philips Achieva ayant un champs de 1.5T. Deux s´eries de coupes axiales ont ´et´e obtenues :

1. une s´erie axiale pond´er´ee au T1, compos´ee de 14 images de taille 256x256 pixels. Le volume r´esultant a des voxels de taille 0.59× 0.59 × 5mm3.

2. une s´erie pond´er´ee au T2, compos´ee de 14 images de taille 256x256 pixels. Le volume r´esultant a des voxels de taille 0.59× 0.59 × 5mm3.

La figure 4.20 donne un aper¸cu des deux s´eries d’images.

Il apparaˆıt alors que la pond´eration T2 donne un hypersignal pour l’ur`etre et les trois l´esions que comporte le fantˆome, et un hyposignal pour la prostate. Inver-sement, la pond´eration T1 donne un hypersignal pour la prostate et un hyposignal pour l’ur`etre et les l´esions. On observe, pour cette pond´eration, plus de bruit et d’artefacts, et moins de contraste entre les diff´erentes structures.

ax1 sag1 émetteur (c) sag2 (a) (b)

Figure 4.17 – Interface d’acquisition et de rep´erage d’´echographie 2D main libre (ArtiMed). La partie (a) permet de visualiser en temps r´eel les plans d’acquisition, tandis que la partie (b) affiche le contenu de l’image (il s’agit ici de sag1). L’image acquise dans le plan ax1 est pr´esent´ee en (c).

La pond´eration T2 pr´esente donc une meilleure diff´erentiation et des images moins d´et´erior´ees par le bruit et les art´efacts. Ceci nous am`ene `a choisir ce type d’images pour les tests, car elles offrent les meilleures conditions de d´elimitation des organes, et r´eduisent donc la part de l’erreur de segmentation dans la mesure des m´etriques de performance du recalage, d´efinies dans le paragraphe 4.3.5.

Patient Des donn´ees issues d’examens IRM de diagnostic, effectu´es au d´epartement de radiologie de l’hˆopital Claude Huriez au CHRU de Lille, sont utilis´ees.

La pond´eration au T2 est choisie pour les tests de recalage, car elle permet d’avoir des images morphologiques qui diff´erencient, au mieux, les tissus des organes pelviens. Ces s´eries sont acquises avec le mˆeme syst`eme utilis´e pour le fantˆome, muni d’une antenne abdominale. Les volumes, obtenus `a partir d’une vingtaine de coupes axiales de 512x512 pixels, ont des voxels de taille 0.31× 0.31 × 4.0mm3 (figure4.21).