Centre Léon Bérard. Imagerie médicale

Centre Léon Bérard Centre Léon Bérard

Imagerie médicale Imagerie médicale

Département Informatique Projet de Fin d’Etudes

Claude Stéphane Vienne 2002 / 2003

Centre Léon Bérard Centre Léon Bérard

Contexte : Département de radiothérapie

Sujet : Développement d'outils de visualisation d'images médicales 3D Tuteurs : Stéphane Bres – David Sarrut

Visualisation d’images médicales 3D Champs de déformation 3D

Sommaire Sommaire

1. Contexte

Présentation CLB / LIRIS - La radiothérapie 2. Imagerie médicale

Acquisition et contenu des images volumiques 3. L’application : Viewvox

Présentation

Diagramme de classes simplifié Traitements des images

Exemple détaillé : gestion de l’intensité Conclusion

4. Lignes de champ de déformation Champs de déformation

Lignes de champ : présentation Résultats

5. Conclusion 6. Bibliographie 7. Démonstration

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Contexte (1/3) Contexte (1/3)

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- Traitement du cancer : Chirurgie

Chimiothérapie Radiothérapie

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- Accélérateur linéaire

- Emission de rayons à haute énergie - Focalisation sur la tumeur

- Epargner les cellules saines - Planification du traitement

Contexte (2/3) Contexte (2/3)

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- La planification du traitement : Doses, trajectoires des rayons - Problèmes : Mouvements du patient

Modifications physiques

Mouvements et déformations des organes

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- Laboratoire d'InfoRmatique en Images et Systèmes d'information, CNRS FRE 2672.

- Travaux de recherche fondamentale en imagerie

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PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

- Contrôle du positionnement du patient sur la table d’irradiation

- Intégration du mouvement et de la déformation des organes avant et pendant le traitement.

Contexte (3/3) Contexte (3/3)

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LIRIS

• David Sarrut : Chercheur, délégué au CLB

• Vlad Boldea : Thésard

Étude de la déformation du poumon lors de la respiration

• Skouna Vongphouthone & Pierre Blunier : stagiaires de maîtrise Recalage non rigide, déformations du poumon, blocage respiratoire

• Benazouz Bradai : Stagiaire DEA Positionnement 2D / 3D, DRR

CLB • Radiothérapeutes : Christian Carrie, Sébastien Clippe

• Physiciens : Chantal Ginestet, Claude Mallet, …

Imagerie Médicale (1/2) Imagerie Médicale (1/2)

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- Acquisition volumique par tomodensitométrie - Mesure de l’atténuation des rayons X

- Informations de densités : unités Hounsfield

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Imagerie Médicale (2/2) Imagerie Médicale (2/2)

ƒ

- La résolution dépend de la précision et des paramètres du scanner.

Exemple : 480x480x335 mm 512x512x67 voxels 0,98x0.98x5 mm 35 Mo

- Organisation en coupes axiales

Première partie Première partie

L’application : ViewVox L’application : ViewVox

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Présentation Présentation

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• Besoin d’une application spécifique aux chercheurs :

Adaptée aux outils de traitement - Efficace – Maintenable – Evolutive

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• Environnement Linux

• C++

• Librairie graphique Qt

• Développement orienté objet

• Unified Modeling Language

• Documentation

• Règles de codage

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• Visualisation fluide et interactive d’images volumiques

• Manipulation des images :

géométriques – intensités - comparaisons d’images

Diagramme de classe simplifié Diagramme de classe simplifié

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Traitements des images (1/2) Traitements des images (1/2)

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• Extraction des coupes - 3 axes possibles - Interactivité

- Suivi du point courant

• Matrices de transformation - Zoom

- Rotations

- Mise à l’échelle des voxels

Traitements des images (2/2) Traitements des images (2/2)

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ƒ

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Gestion des intensités (1/2) Gestion des intensités (1/2)

ƒ

Densité Hounsfield Niveau de gris 8bits

• Mise en évidence de certaines zones selon la fenêtre choisie

densité Niveau de gris

255

0 1000

-1000 2500

-2500

• Volumes de données importants – Conversions fréquentes

• Rapidité et fluidité nécessaires

Gestion des intensités (2/2) Gestion des intensités (2/2)

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2. Extraction

Volume en densité Volume converti 8 bits 1. Conversion

3. fenêtrage

4. Conversion

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Image prévisualisée

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Conclusion Conclusion

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Utilisée pour pratiquement toutes les visualisations d’images

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• Configuration des emplacements

• Augmenter le nombre de formats d’images supportées

• Ajout d’outils de traitements

Deuxième partie Deuxième partie Les lignes de champ Les lignes de champ

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Champs de déformation (1/2) Champs de déformation (1/2)

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- Radiothérapie : méthode de haute précision

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Un mauvais repositionnement du patient ou le mouvement des organes peuvent entraîner une surexposition des cellules saines aux irradiations.

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- Comparaison de deux images pour obtenir un champ de vecteurs [Boldea]

- Exemple : mouvement des poumons aux cours de la respiration

Champs de déformation (2/2) Champs de déformation (2/2)

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Images difficiles à obtenir – Certains vecteurs n’apparaissent pas Pas d’interactivité – Difficultés d’interprétation - …

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Lignes de champs : présentation (1/2) Lignes de champs : présentation (1/2)

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"Imaging Vector Fields Using Line Integral Convolution"

ƒ

• Génération d’une image représentant des lignes tangentes aux vecteurs du champ de déformation.

• Utilisation d’une texture aléatoire pour distinguer les différentes lignes de champ.

Lignes de champs : présentation (2/2) Lignes de champs : présentation (2/2)

ƒ

∫

−

=

k s s T s ds x

I

0

.( ). ( ( )).

)

(

σ

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Lignes de champs : implémentation (1/2) Lignes de champs : implémentation (1/2)

ƒ

ƒ

ƒ

• Application de masque de calcul

• Algorithme d’interpolation

• Minimisation du nombre de calcul

Lignes de champs : implémentation (2/2) Lignes de champs : implémentation (2/2)

ƒ

" Fast and resolution independent line integral convolution "

• Approximation des points voisins

• Espacement des calculs des lignes de champs

• Moyenne des intensités

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Lignes de champs : résultats (1/2) Lignes de champs : résultats (1/2)

ƒ

• longueur des lignes de champs

• Espacement des calculs des lignes de champs

• Compteur de calcul

• Nombre d’approximation

ƒ

Poumon 1 Poumon 2 Poumon 3 Poumon 4

Longueur des lignes 50 50 50 80

Nombre d'approximation 20 30 20 20

Espacement des lignes 10 15 10 10

Compteur Maximum 5 5 10 10

Temps de calcul 33s 1mn30s 2mn22s 3mn11s

Lignes de champs : résultats (1/2) Lignes de champs : résultats (1/2)

ƒ

Poumon 1 Poumon 2 Poumon 3 Poumon 4

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• Visualisation interactive des champs de déformation

• Prise en compte de l’ensemble des vecteurs (moyenne)

• Reste difficile à interpréter sans les médecins

• La méthode reste assez lente au niveau des calculs

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003

Conclusion PFE Conclusion PFE

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• Développement orienté objet

• Gestion de projet

• Qualité logicielle

• Génie logiciel

• TD d’optimisation

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• Imagerie

• Domaine médical

• Monde de la recherche

• Informatique scientifique

Bibliographie Bibliographie

• GTK+ http://www.gtk.org

• Java – The source for Java technologyhttp://java.sun.com/

• TrollTech – The multi-platform C++ GUI / API http://www.trolltech.com/

• Doxygen http://www.doxygen.org/

• Cabral, B. and L. Leedom, "Imaging Vector Fields Using Line Integral Convolution", Computer Graphics Proceedings, Annual Conference Series, 1993. p. 263-270

• D. Stalling & HC. Hege, "Fast and resolution independent line integral convolution" , Computer Graphics Annual Conference Series, 1995. pp. 249-256

• S. Clippe, 2000, Rapport de DEA, "Aide au positionnement du patient en radiothérapie conformationnelle par l'utilisation de techniques de recalage d'images 3D et 2D" , Université Lumières Lyon 2.

• V. Boldea, 2002, Rapport de DEA, "Étude de la déformation du poumon lors de la respiration par recalage volumique élastique" , Université Lumières Lyon 2.

PFE – Imagerie Médicale 2002 - 2003