Protocole de segmentation des structures concernées

2.2.2.1. Principe de la segmentation et de la reconstruction 3D avec TIVMI®

TIVMI® est basé sur l’algorithme du HMH (Half-Maximum Height) 3D pour la reconstruction surfacique (Spoor et al. 1993, Dutailly et al. 2009a). Cette technique a été validée comme très reproductible (Guyomarc’h et al. 2012). Elle repose sur le principe que la limite entre

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deux tissus (par exemple air/tissus mous ou tissus mous/tissus durs) est graduelle et se trouve à la moyenne de densité de ces deux tissus (Spoor et al. 1993). Ce seuil définit le HMH, interface réelle entre deux éléments. Selon Coleman et Colbert (2007) ce seuil est plus objectif et donc préférable à un seuillage visuel. Lorsque l’utilisateur indique un seuil proche de l’interface entre les deux tissus étudiés, l’algorithme recherche automatiquement les limites optimales entre les matériaux selon le protocole HMH 3D pour chaque voxel dans l’ensemble du volume. Des variations dans le seuil choisi n’entraînent pas de différence de mesure attestant la reproductibilité de cette technique (Guyomarc'h 2011).

Pour notre travail, nous devons segmenter et reconstruire l'os hyoïde et une partie des VAS. La segmentation et la reconstruction des VAS ne présentent aucune difficulté et sont très précises (Dastidar et al. 1999, Bhattacharyya et al. 2000) car les densités de l'air et des tissus mous environnants sont très différentes :la transition des niveaux de gris est brutale et donc précise (Figure II.8)

Figure II. 8 : Mesure de la densité par le biais d'un profil HMH : les niveaux de

densité de l'os, des tissus mous et de l'air (adaptation

de Guyomarc'h 2011)

La segmentation et la reconstruction de l'os hyoïde sont plus délicates (Figure II.8). La limite entre l'os et les tissus mous a posé quelques problèmes. L’os hyoïde présente une grande amplitude de densité : le corps est souvent très dense et les cornes bien moins. Le seuillage optimal est donc plus difficile à choisir. De plus, pour l’os hyoïde peu calcifié des jeunes enfants, ou pour les régions de l'os où la minéralisation est moindre (extrémités antérieures ou postérieures des grandes cornes), la différence de densité entre l'os peu minéralisé et les tissus mous environnants est faible. Dans ce cas, la distinction du HMH entre les deux tissus n'est pas suffisante pour une segmentation nette. Pour une reconstruction plus précise, des "boîtes de travail" ("bounding box") plus petites délimitant bien chaque partie de l'os hyoïde ont été utilisées afin de choisir le seuil le plus adapté

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2.2.2.2. Protocole de segmentation de l'os hyoïde

La succession des commandes effectuées dans le logiciel TIVMI® pour segmenter l'os hyoïde est présentée dans les annexes II.1

Les étapes du protocole sont résumées dans le tableau II.4 ci-dessous :

Étape Travail

Étape 1 Chargement de l'examen (Fig II.9)

Étape 2 Création de la « bounding box » de l'os hyoïde (Fig II.10) (Automatisée)

Étape 3 Reconstruction de la totalité de l'os hyoïde (Fig II.11) et visualisation de l'objet " hyoïde 3D " créé (Fig II.12)

Étape 4 Sous étapes pour des reconstructions partielles si nécessaire (Automatisée): - Reconstruction de l'extrémité postérieure de la grande corne droite par HMH - Reconstruction de l'extrémité postérieure de la grande corne gauche par HMH - Reconstruction de l'extrémité antérieure de la grande corne droite par HMH - Reconstruction de l'extrémité antérieure de la grande corne gauche par HMH - Reconstruction du corps de l'os hyoïde par HMH

Tableau II. 4 : Résumé des étapes de travail sous TIVMI® pour la reconstruction 3D de l'os hyoïde

 Étape 1: Chargement de l'examen :

Cette étape consiste à ouvrir dans le logiciel les fichiers DICOM du sujet à étudier. Après la commande "Load Dicom" dans le plugin, la boîte de dialogue demande le "path" (chemin) pour le fichier cible et un nom pour l'objet 3D à créer (Fig II.9). Afin d'automatiser les opérations suivantes, le nom commun donné à cet objet est "scan".

Figure II. 9 : Capture de l’écran de la commande de

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 Étape 2 : Création de la " bounding box " de l'os hyoïde (Figure II.10)

Le fichier initial contient les données concernant tout le crâne. Pour le CBCT - tête complète d'un sujet, nous disposons d’environ 550 à 600 coupes axiales. L'os hyoïde n'est présent que dans une soixantaine de coupes. Les autres coupes n'ont donc pas d'intérêt pour sa reconstruction. Le but de la création de la bounding box est de limiter la partie du scan utilisée pour la reconstruction de l'os hyoïde, ceci apporte deux avantages :

- le logiciel travaille plus rapidement sur cet objet 3D beaucoup moins lourd ce qui assure un gain de temps.

- la reconstruction HMH différencie la densité entre deux matériaux seulement : l'os hyoïde et les tissus mous environnants et pas avec les autres structures présentes dans le scan entier.

Figure II. 10 : Capture d’écran de l'étape de création de la bounding

box

a : Choix du premier angle de la "box" sur la première coupe contenant l'os hyoïde

b : Choix du deuxième angle de la "box" sur la dernière coupe contenant l'os hyoïde

 Étape 3 : Reconstruction de la totalité de l'os hyoïde

Malgré la difficulté à choisir un seuillage optimal pour la totalité de l'os hyoïde, nous avons souhaité reconstruire dans un premier temps l'os hyoïde en entier. Le seuillage choisi est souvent un seuillage aux valeurs plus élevées pour segmenter les tissus les plus durs de l'os hyoïde et éviter des bruits. Comme la densité de l'os hyoïde varie d'un sujet à l'autre, notre protocole ne fixe pas une valeur de densité pour tous les sujets mais au contraire l'adapte à chacun. Ce choix de seuillage est fait après la modification de densité sur la coupe jusqu'à la différenciation nette de l'os hyoïde (fig II.11 a et b). La densité où l'os hyoïde est bien différencié de l'environnement sera le seuillage de reconstruction. Il est à noter également que comme nos scans viennent de deux sources différentes (Toulouse et Hanoï), les différences des propriétés techniques liées aux machines entraînent une densité de l'os hyoïde différente (densité entre 60 à 90 pour les CBCT français, entre 2020 à 2070 pour les CBCT vietnamiens), mais la manipulation pour choisir le seuillage reste la même.

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a ^b

Figure II. 11 : Choix du seuil entre l'os hyoïde et les tissus.

a : barre de densité initiale ; b : densité choisie après déplacement des niveaux de densité

Figure II. 12 : Reconstruction dans un premier temps de l'os hyoïde entier

 Étape 4 : Sous-étapes pour reconstruire des parties de l'os hyoïde

La reconstruction précédente de la totalité de l'os hyoïde peut être satisfaisante dans des cas favorables (cas des os hyoïdes bien minéralisés des sujets âgés et scans sans artéfact), ou insuffisante.

Dans le cas de reconstruction insuffisante, des bounding box plus petites doivent être créées pour des zones limitées comme les extrémités postérieures ou antérieures des grandes cornes. La reconstruction de ces unités partielles est réalisée avec des seuils spécifiques pour chaque partie, inférieurs au seuil initial, permettant une reconstruction optimale.

Selon les cas, ces reconstructions partielles peuvent concerner uniquement les parties postérieures ou antérieures des grandes cornes, d'un côté ou des deux. Pour les cas les plus complexes, jusqu’à 6 reconstructions partielles peuvent être réalisées. Les commandes dans le logiciel sont les mêmes qu’à l'étape précédente. Les noms des bounding box et des reconstructions partielles sont systématisés pour l'automatisation du protocole (Tableau II.5).

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Parties concernées Nom de la

bounding box

Nom de la reconstruction

Postérieure de grande corne droite Post D box Post D 3D

Postérieure de grande corne gauche Post G box Post G 3D

Antérieure de grande corne droite Ant D box Ant D 3D

Antérieure de grande corne gauche Ant G box Ant G 3D

Corps Corps box Corps 3D

Tableau II. 5 : Noms des "bounding box" partielles pour les parties concernées

L'image de la reconstruction initiale et d’une reconstruction partielle complémentaire sont présentées dans la figure II.13

Une fois la reconstruction complète achevée, les protocoles de saisie des points et de mesure peuvent être appliqués (Cf infra 2.2.3.2).

Figure II. 13 : Reconstruction partielle de l'extrémité postérieure de la grande corne gauche

a : Reconstruction insuffisante au niveau des parties postérieures des grandes cornes ; b : Bounding box partielle de la partie postérieure de la grande corne gauche ; c : Choix du seuillage ; d : Reconstruction complémentaire achevée (en marron, superposée sur la reconstruction totale initiale en jaune)