• Aucun résultat trouvé

D’une manière très générale, on peut dire que le recalage permet d’établir une

relation géométrique entre des objets représentés dans des images. Les usages du

recalage sont multiples en traitement de l’image [156, 157, 65, 134]. Le cadre de

notre étude pratique est cependant assez restreint. Les données de départ sont un

ensemble d’acquisitions multi-séquences pour plusieurs patients en des instants

différents.

Dans notre étude, l’enjeu le plus important est d’aligner deux images du même

patient, acquises au même instant mais avec des paramètres d’acquisition

diffé-rents, et ce afin de pouvoir les utiliser conjointement pour produire une

segmen-tation robuste et fiable. Les méthodes principales utilisées dans le chapitre 4 se

placent dans un espace multi-séquences, où chaque voxel de coordonnées fixées

représente le même volume dans les deux images. Il est donc indispensable d’avoir

une méthode la plus précise possible, puisqu’un écart de plus d’un voxel dans le

recalage va terriblement gêner l’analyse des images et la segmentation.

Pour les besoins de l’algorithme de segmentation, nous aurons également

be-soin d’une labélisation a priori des images, c’est-à-dire de la probabilité a priori

d’appartenir à certaines classes (matière blanche, matière grise, LCR). De telles

informations sont contenues dans un atlas statique, qu’il faut recaler sur les images

à traiter.

3.3.1 Présentation de la méthode utilisée

Du point de vue algorithmique, il existe une grande diversité de méthodes et de

mises en œuvre : il est difficile d’établir un état de l’art exhaustif dans ce domaine

tant il est étudié au niveau de la communauté internationale depuis plusieurs

an-nées. On peut citer [20, 90, 66, 101, 123] qui font un résumé de la plupart des

méthodes développées. Deux catégories de mise en œuvre conceptuellement très

différentes apparaissent : les méthodes géométriques et les méthodes iconiques.

Les méthodes géométriques consistent à rechercher une transformation entre

deux sous-ensembles de primitives – appelés aussi amers – extraits dans chaque

image : points [158, 157], courbes [154], surfaces [102], repères orientés, etc. Il est

possible d’utiliser un cadre stéréotaxique ou des marqueurs qui apparaissent dans

chaque image comme des amers géométriques évidents. L’extraction d’amers

in-trinsèques (appartenant à l’objet) peut être réalisée manuellement par un expert à

l’aide du logiciel approprié. On peut enfin chercher à automatiser cette extraction

d’amers intrinsèques, essentiellement pour des raisons de reproductibilité, mais le

problème majeur consiste alors à rendre cette segmentation suffisamment robuste.

Les méthodes iconiques, qui utilisent les images dans leur totalité, consistent

à optimiser un critère de ressemblance, appelé aussi mesure de similarité, fondé

sur des comparaisons locales de l’intensité des deux images. Si les algorithmes de

recalage géométrique cherchent à mettre en correspondance les objets représentés

dans les images, les algorithmes de recalage iconique ont pour but de trouver une

transformation entre les images des deux objets. Parmi les méthodes iconiques,

on peut encore distinguer deux classes d’approche : les méthodes iconiques pures

qui ne réalisent un recalage que par comparaison entre les intensités des points

de mêmes coordonnées [31, 156], et les méthodes iconiques mixtes qui cherchent

en chaque point quel est le point le plus proche dans l’autre image, au sens d’un

critère sur l’intensité, dans un voisinage donné [112]. Il existe également des

tech-niques intermédiaires entre les recalages icotech-niques et les recalages géométriques

[69, 22].

Pour des raisons de robustesse, et parce qu’aucun marqueur ou cadre

stéréo-taxique n’était présent dans nos images, les méthodes de recalage iconique ont

été préférées. La méthode dite de recalage par bloc (block-matching) présentée

dans [112] a ensuite été choisie, notamment sur un critère de rapidité – quelques

minutes par recalage – ainsi que pour sa capacité à gérer le multi-séquences et

les points aberrants, présents via les lésions de sclérose en plaques. L’utilisation

exhaustive sur une base de 43 patients n’a posé aucun problème, et le recalage a

toujours été suffisant pour pouvoir effectuer le processus de segmentation présenté

dans la chaîne de traitements.

3.3.2 Recalage et IRM multi-séquences

L’étude des IRM multi-séquences telle que la présentent les chapitres 4 et 5 de

cette thèse est basée sur l’analyse des intensités dans l’espace multi-séquences, où

chaque voxel de coordonnées identiques représente le même volume dans toutes

les images. Dans une situation pareille, on comprend bien que la qualité du

reca-lage entre les séquences est très importante, et peut avoir une grande influence sur

la qualité de la segmentation.

L’histogramme conjoint est un outil très pratique pour visualiser un espace

multi-séquences : il associe à chaque couple d’intensités possibles une valeur

une proportion de voxels qui peut être interprétée comme une densité de

pro-babilité discrète. Il sera utilisé dans toute la suite de ce manuscrit pour montrer

les résultats de l’algorithme EM. Si les images sont bien recalées, dans le cas de

deux séquences différentes acquises au même instant sur le même patient,

l’his-togramme conjoint pourra être interprété en fonction des intensités des différents

tissus dans les deux images représentées. Par contre, si les images ne sont pas

recalées ou incorrectement recalées, des artefacts vont survenir et rendre

l’histo-gramme conjoint totalement inutilisable (figure 3.5).

Les séquences utilisées sont les IRM T2 / densité de protons (DP), T1 et T2

FLAIR. Les IRM T2 et DP sont intrinsèquement recalées, puisque ce sont deux

échos différents de la même séquence. Par contre, l’image T1 n’a même pas la

même résolution : dans le protocole d’acquisition utilisé (section 3.2.3),

l’épais-seur des coupes est deux fois plus grande en T2/DP qu’en T1. Il faudra donc

regarder avec attention l’influence des problèmes de recalage sur le résultat, et

particulièrement sur la segmentation en tissus (section 8.1.1).

En outre, tout ceci suppose qu’il existe une transformation rigide entre les

différentes modalités, ce qui en pratique n’est pas toujours le cas. Un artefact

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 400 600 800 1000 1200 10 20 30 40 50 60 70 80 IRM T1 IRM T2 nombre de points 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10001100 10 20 30 40 50 60 70 80 IRM T1 IRM T2 nombre de points

FIG. 3.5 – Histogrammes conjoints de deux séquences IRM (T2 FSE et T1) avant

(à gauche) et après (à droite) recalage. Un non-alignement est visible dans

l’his-togramme conjoint via des bandes horizontales rajoutées, ainsi qu’une perte de

contraste de la zone représentant le liquide céphalo-rachidien (LCR) en bas à

droite de l’histogramme.

de reconstruction, un mouvement oculaire ou une inclinaison de l’axe Z (voir

figure 3.3) dû à une mauvaise lecture des images crée un décalage entre certaines

modalités qui nuit beaucoup à tout système de segmentation basé sur un modèle

voxellique. C’est pour éviter ces problèmes que la segmentation en tissus sera

effectuée sur les deux images T2/DP, qui sont déjà recalées (chapitres 4 et 5).

Une extension à d’autres séquence est toujours possible, mais il convient alors de

mesurer précisément l’influence des artefacts de recalage sur chacune des étapes

du pipeline, ainsi que sur le résultat final. Les images T1 et T2 FLAIR doivent

bien sûr recalées sur les images T2/DP, car ces séquences seront très utiles pour la

segmentation des lésions (chapitre 6).

3.3.3 Recalage et atlas statistique

Comme nous allons le voir par la suite, le processus de segmentation est basé

sur une analyse statistique de l’intensité de chaque voxel des images dans l’espace

multi-séquences. Un atlas a priori est utilisé : il donne la probabilité a priori pour

chaque voxel d’appartenir à l’une des classes que l’on cherche à segmenter.

L’at-las, mis à disposition par le Montreal Neurological Institute [46, 48] et largement

utilisé via le package SPM

3

, permet une segmentation a priori du parenchyme

cé-rébral en trois classes : matière blanche, matière grise et liquide céphalo-rachidien.

D’un point de vue pratique, il a été construit à partir de 305 IRM T1 [45], à partir

desquelles une segmentation semi-automatique a été effectuée, en trois classes.

Plusieurs images sont fournies : une image du patient moyen

4

dans les modalités

T2 et T1, une image des a priori pour chaque classe, ainsi que pour le masque

du parenchyme cérébral. Pour utiliser correctement les informations fournies par

l’atlas statistique, il est nécessaire de placer dans le même repère les images de

l’atlas et du patient. Il est préférable de recaler l’image de l’atlas sur le patient,

afin de préserver la qualité des IRM originales.

Ce recalage présente des difficultés, par rapport à un recalage classique. D’abord,

il doit être de même type que celui qui a servi à la construction de l’atlas.

Idéale-ment, en prenant en compte le fait que tous les algorithmes de recalage ne sont pas

équivalents, il doit être exactement le même. Cependant, pour l’atlas statistique du

MNI, un recalage affine a été utilisé, ce qui limite le nombre de degrés de liberté

et réduit du même coup les différences entre les différents algorithmes possibles.

Pour cette raison, nous avons cherché à utiliser la méthode la plus robuste à notre

disposition.

Les recalages géométriques sont à exclure dans ce cas précis, car l’atlas

sta-tistique n’offre aucun amer géométrique, et il est impossible d’en détecter dans

l’image du patient moyen ; le recalage par blocs est une solution viable. Le contour

du parenchyme cérébral doit être bien contrasté, pour maximiser les chances de

succès du recalage : il est donc préférable de choisir le T2 pour ce recalage, de par

le contraste entre le LCR cortical – forte intensité en T2 – et la matière grise. De

plus, en T1, la présence d’une couche de gras entre le crâne et les méninges peut

altérer grandement le résultat du recalage. La figure 3.6 présente une des erreurs

qui a motivé le choix du T2 pour le recalage de l’atlas.

3

SPM est un package matlab, accessible via l’URL http ://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/

4

La moyenne est ici la moyenne arithmétique des IRM. La construction des a priori suit le

FIG. 3.6 – L’utilisation du T2 est préférable lors du recalage de l’atlas (en bas) sur

le patient (en haut) par une méthode basée sur un recalage par blocs. En utilisant

le T1 (à gauche), le recalage donne de mauvais résultats environ une fois sur 10,

alors qu’en utilisant le T2 (à droite), nous n’avons noté aucun problème sur une

base de 83 instants.