Sommaire de la revue de la littérature

La revue de littérature courante a permis d'aborder les techniques usuelles proposées dans la littérature pour résoudre plusieurs problèmes reliés à la reconstruction des artères coronaires à partir d'une séquence angiographique. Entre autres ont été abordés les sujets de segmentation des artères, de reconstruction 3D, de compensation de mouvement cardiaque et respiratoire, et finalement d'optimisation non linéaire.

Au niveau de la segmentation, les méthodes les plus performantes sont celles qui utilisent une mesure de vascularité calculée grâce aux vecteurs et valeurs propres de la matrice hessienne comme le filtre de Frangi et coll. (1998). Par contre, ces méthodes ne segmentent pas uniquement les artères coronaires, mais également toute structure tubulaire présente dans l'image. C'est pourquoi on combine généralement ce filtre à d'autres algorithmes de prétraitement pour éliminer les éléments d'arrière-plan et de bruit. Par contre, le nombre de méthodes entièrement automatiques offrant un résultat qui segmente les artères de tout élément d'arrière-plan est minime. De plus, comme la segmentation est la première étape à effectuer avant la correspondance des images angiographiques, il est impératif de minimiser les erreurs pour ne pas les amplifier dans les étapes subséquentes.

La plupart des méthodes de reconstruction 3D sont semi-automatiques, nécessitant ainsi un apport manuel tel que l'algorithme des ciseaux intelligents (Mortensen et Barrett, 1995) pour apparier des branches coronaires. Les méthodes entièrement automatiques sont généralement plus exigeantes en temps de calcul et offrent des résultats de moindre qualité. On retrouve entre autres les méthodes qui emploient le suivi des branches coronaires 2D comme l'algorithme proposé par Mourgues et coll. (2001). Un problème majeur de ce type de méthode est la difficulté d'effectuer un suivi parfait lors de la présence de chevauchement. La seconde catégorie courante de méthodes de reconstruction est celle de correspondance point

par point avec minimisation d'énergie. Grâce à la géométrie projective, on peut déterminer rapidement les correspondances point par point d'une vue à l'autre d'une séquence rotationnelle comme le propose Blondel et coll. (2006). Malgré l'utilisation potentielle en contexte interventionnel, cette méthode offre des résultats mitigés lorsque des segments sont parallèles aux droites épipolaires. De plus, si des segments sont rapprochés dans les images 2D ou que la segmentation n'est pas parfaite, les points appariés peuvent contenir des discontinuités.

La compensation de mouvement est un problème relativement récent dans la littérature. La méthode reconnue pour offrir les meilleurs résultats est celle des champs de mouvement tel que le propose Shechter et coll. (2005). Par contre, le temps d'exécution est très élevé, limitant son utilisation en contexte interventionnel. Une alternative peu couteuse en temps d'exécution est la modélisation du mouvement grâce à une fonction mathématique cyclique (Lujan et coll., 1999). Par contre, les résultats sont généralement beaucoup moins précis parce que l'on doit supposer la cyclicité du mouvement.

Le recalage 3D/3D des modèles reconstruits est également un sujet peu abordé dans la littérature. Par contre, pour obtenir une fluidité temporelle, il est nécessaire de déformer un modèle 3D à l'aide d'une transformation affine non linéaire. Parmi les méthodes d'optimisation non linéaires, plusieurs grandes catégories sont couramment employées. Pour un problème d'extremum local avec une contrainte d'exécution en contexte interventionnel, les méthodes quasi Newton sont les plus propices puisqu'elles convergent en un nombre minimal d'itérations. Par contre, un stockage un peu plus élevé est nécessaire pour contenir les matrices hessiennes estimées à chaque itération.

Le tableau 1.1 présente les différentes méthodes de reconstruction 3D et 3D+t de la littérature. Elles sont classées par catégorie et sont également présentés les avantages et inconvénients de chacune. On remarque ainsi qu'aucune des méthodes présentées n'est à la fois robuste, automatique, et rapide d'exécution pour le contexte interventionnel.

Tableau 1.1 Résumé des principales méthodes de reconstruction 3D et 3D+t

Méthode de reconstruction Avantages et inconvénients

Ciseaux intelligents

(Mortensen et Barrett, 1995)

+: Peu de vues sont nécessaires

-: Sélection manuelle sur chaque image Correspondance manuelle des

bifurcations

(Andriotis et coll., 2008)

+: Peu de vues sont nécessaires

-: Sélection manuelle sur chaque image -: Dépendant de la segmentation

Arbres hiérarchiques

(Chen et Carroll, 2000) (Sun et

coll., 1994) (Movassaghi et coll.,

2004)

+: Résultats robustes

+: Peu de vues sont nécessaires

-: Sélection manuelle sur chaque image

-: Mauvais résultat dès qu'une bifurcation est mal identifiée en début d'arbre

Contours actifs

(Kass et coll., 1988) (Zheng et

coll., 2010)

+: Résultats robustes

-: Initialisation manuelle du contour

-: Les intensités des artères doivent être similaires Suivi 2D des artères

(Mourgues et coll., 2001)

+: Résultats robustes

-: Difficile d'identifier des bons points de suivi -: Nécessite une longue séquence

-: Problèmes lors du chevauchement des artères Minimisation d'énergie et

géométrie épipolaire (Blondel et coll., 2006)

+: Résultats robustes +: Temps d'exécution faible +: Méthode automatique

-: Sensible mouvement respiratoire et cardiaque -: Nécessite une excellente segmentation

Cône projectif

(Feldkamp, 1984) (Habert et

coll., 2012) (Schafer et coll., 2006)

+: Résultats robustes +: Méthode automatique

-: Sensible au mouvement respiratoire et cardiaque -: Temps d'exécution élevé

Tableau 1.1 Résumé des principales méthodes de reconstruction 3D et 3D+t (suite) Reconstruction itérative pour

objets clairsemés

(Li et coll., 2004) (Hansis et coll., 2008)

+: Méthode automatique

+: Insensible au mouvement respiratoire et cardiaque -: Temps d'exécution élevé

Géométrie épipolaire à contrainte douce (Triggs et coll., 2000)

+: Méthode automatique +: Temps d'exécution faible

+: Insensible au mouvement respiratoire et cardiaque -: Résultats non représentatifs de la réalité

Champs de mouvement

(Blondel et coll., 2004) (Shechter

et coll., 2005) (Holub et coll.,

2011) (Rohkohl et coll., 2009)

+: Résultats robustes +: Méthode automatique

+: Insensible au mouvement respiratoire et cardiaque -: Temps d'exécution élevé

CHAPITRE 2