5.3 Chaîne de traitement proposée
5.3.3 Estimation de la dynamique cardiaque
Nous présentons ici une méthode permettant d’estimer la phase dans le cycle cardiaque correspondant à l’image courante, à partir de la trajectoire de la sonde VD.
L’algorithme utilisé pour l’estimation de la phase est visible sur la figure 5.8. La position courante de la sonde VD est projetée sur un axe, permettant d’associer à la position de la sonde une mesure 1D pour chaque image. Les valeurs successives de cette mesure sont enregistrées, et l’on procède sur le signal obtenu à une détection de pic. Chaque pic est considéré comme
Chapitre 5 – Assistance peropératoire de la thérapie de resynchronisation cardiaque
(a) Distance à l’origine des deux trajectoires comparées aux erreurs commises par la méthode proposée.
(b) Erreur commise par la méthode KLT
(c) Erreur commise par le détecteur
Figure 5.7 – Étude des erreurs commises par la méthode de suivi de la sonde VD pour le patient 03
marquant une systole. Le nombre d’images entre les systoles détectées permet d’estimer le rythme cardiaque, à partir duquel on évalue la phase de l’image courante dans le cycle cardiaque.
Définition de la mesure utilisée La mesure proposée consiste à projeter la position de la sonde VD sur un axe choisi. La valeur 0 de cette mesure est déterminée par la projection sur cet axe de la première sonde détectée.
Dans une séquence rayon-X, la première sonde détectée par la méthode précédente définit une origine géométrique, notée Odeplacement. On note −−→axe, l’axe de projection choisi et Pcourant la position de la sonde VD dans l’image courante. La mesure est alors définie par :
M esure =−−−−−−−−−−−−−−→OdeplacementPcourant.−axe−→
−−→
axeest défini afin de s’aligner au mieux à la trajectoire de la sonde dans le cycle, l’objectif étant de maximiser la plage de valeurs sur laquelle la mesure se situe. Pour la définition de −−→axe, trois choix sont disponibles : l’axe ~x ou l’axe ~y de l’image, ou un vecteur défini par l’utilisateur. Des coordonnées pour le vecteur −−→axesont proposées à l’utilisateur, obtenues à l’aide d’une analyse en composantes principales, réalisée sur les positions 2D de la sonde VD.
D’autres mesures basées sur la norme euclidienne auraient pu être choisies, telle que
−−−−−−−−−−−−−−→
OdeplacementPcourant
. La mesure proposée a cependant été préférée, car elle possède une plage de valeurs plus importante, facilitant l’analyse du signal produit. De plus, dans le cas où Odeplacement
5.3. Chaîne de traitement proposée
Figure 5.8 – Présentation de l’algorithme d’estimation de la phase dans le cycle cardiaque facilement l’une ou l’autre extrémité de la trajectoire en utilisant la norme euclidienne. Dans cette configuration, la mesure proposée est négative pour une extrémité et positive pour l’autre.
Détection des systoles À partir des mesures successives obtenues, un détecteur de pic permet d’évaluer la dynamique cardiaque. Les pics de déplacements détectés sont considérés être les instants de systole.
Différentes approches ont été proposées dans la littérature pour la détection de pics en temps réel, basées sur la distance par rapport à la moyenne du signal [Jacobus et al. 1981], sur une analyse fréquentielle [Blais et al. 1986], ou sur la cote z [Van Brakel 2016]. La méthode retenue est l’utilisation de la cote z, consistant à mesurer la distance à la moyenne en nombre d’écart-types. En notant µ la moyenne, σ l’écart-type et X la valeur courante, on a :
Z = X − µ σ
La moyenne et l’écart-type considérés ici sont calculés sur une fenêtre glissée, contenant un nombre choisi de valeurs précédant la valeur courante. Un pic est détecté si la cote Z dépasse un seuil choisi. Afin de limiter l’impact des valeurs de pics sur la moyenne et l’écart-type, les valeurs considérées dans le calcul de ces descripteurs statistiques sont des valeurs du signal original filtré.
Chapitre 5 – Assistance peropératoire de la thérapie de resynchronisation cardiaque
On distingue trois issues de la détection :
pic =
1 si Z > seuil pic “positif” −1 si Z < −seuil pic “négatif”
0 sinon pas de pic
Seuls les pics positifs sont retenus dans notre cas. Cette méthode contient 3 paramètres :
lag Ce paramètre détermine la taille de la fenêtre glissée utilisée, c’est-à-dire le nombre de valeurs précédentes à inclure pour le calcul de la moyenne et de l’écart-type. Il pilote la vitesse d’adaptation du filtre à de nouvelles valeurs. Plus la valeur de ce paramètre est élevée, moins les changements locaux de valeurs sont considérés. Dans notre cas, cette valeur est assez faible du fait de la fréquence d’acquisition des images. Par défaut, la valeur de ce paramètre est fixée à 3.
seuil Ce paramètre détermine la sensibilité de notre détecteur. Par défaut, la valeur de ce paramètre est fixée à 2.
influence Ce paramètre permet de filtrer le signal d’entrée pour le calcul de la moyenne et de l’écart-type. Il détermine l’influence des valeurs aux pics sur ces paramètres statistiques. Par défaut, la valeur de ce paramètre est fixée à 0.5, et évolue entre 0 et 1.
Le signal filtré est obtenu par :
sigf il(i) = (
sig(i) si i < lag ou pic = 0
influence.sig(i) + (1 − influence).sigf il(i − 1) sinon
(5.1) Avec : i : indice de temps
sig : signal brut
sigf il : signal filtré
Les valeurs par défaut de ces paramètres ont été déterminées expérimentalement sur des exemples tests.
L’opérateur du logiciel a un retour visuel de ces détections de pics (figure 5.9), lui permettant de suivre l’évolution de la mesure, et l’emplacement des pics détectés. Au besoin, il peut modifier les différents paramètres pendant l’exécution suivant l’incidence et la définition temporelle de la séquence acquise, afin de garantir la bonne détection des pics. Il a la possibilité pour fixer ces paramètres de répéter en boucle durant la procédure la séquence venant d’être acquise.
Déduction de la phase dans le cycle cardiaque La phase d’une image issue d’une séquence rayon-X est déduite de son écart temporel aux systoles détectées par la méthode précédente. Elle correspond à une valeur entre 0 et 100%, ces deux valeurs correspondants aux systoles. On distingue deux méthodes par lesquelles la phase est estimée :
A posteriori : Cette méthode estime a posteriori la phase du cycle cardiaque associée à des images issues d’une séquence rayon-X. Cette méthode est utilisée au sein de la méthode de
5.3. Chaîne de traitement proposée
Figure 5.9 – Retour visuel de la détection de pics pour l’opérateur du logiciel d’assistance segmentation des veines présentée section 5.3.4. Ainsi, on connaît les instants de la systole précédant et suivant une image, et donc la durée du cycle cardiaque qui lui est associé. Prospectivement : Cette méthode estime à la volée la phase associée à l’image courante.
Cette méthode est utilisée le reste du temps, c’est-à-dire hors segmentation des veines. Ici, seul l’instant de la systole précédant l’image courante est connu. Ainsi, on ignore la durée en nombre d’images du cycle cardiaque associé à l’image courante.
Dans les deux cas, la phase est estimée selon l’équation (5.2).
P hase = P haseSystole+ Idxcourant− IdxSystole−0 ∆IdxSystole ! mod 100 (5.2) avec : ∆IdxSystole= (
IdxSystole+1− IdxSystole−0, estimation a posteriori
IdxSystole−0− IdxSystole−1, estimation prospective où :
Idxcourant : Indice de l’image courante dans la séquence
IdxSystole−0: Indice de l’instant de la dernière systole précédant l’image courante
IdxSystole−1: Indice de l’instant de la pénultième systole précédant l’image courante
IdxSystole+1: Indice de l’instant de la systole suivant l’image courante
P haseSystole: Phase estimée de la systole dans le cycle RR.
L’estimation prospective de la phase n’est donc possible qu’une fois deux systoles détectées.
P haseSystolepermet de faire la correspondance entre l’estimation de la phase en peropératoire, et la phase de référence dans un cycle RR en préopératoire.
Chapitre 5 – Assistance peropératoire de la thérapie de resynchronisation cardiaque
À ce stade, nous pouvons associer à chaque image une estimation de la phase du cycle cardiaque dans lequel elle se situe. Ainsi, nous pouvons identifier les images dont la phase est identique à la phase de référence utilisée pour la création du modèle de planification, donc identifier les images issues de la séquence d’injection pouvant servir de cible pour le recalage 3D/2D.