Modélisation tridimensionnelle des vertèbres types Application en radio anatomie et en radiologie interventionnelle

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1 Université de Franche-Comté U.F.R. Sciences Médicales et Pharmaceutiques C.H.U. J. Minjoz, BESANCON Service de Radiologie A Modélisation tridimensionnelle des vertèbres types Application en radio anatomie et en radiologie interventionnelle S Aubry, B Kastler, A Pousse, P Sarliève, E Delabrousse, E Rodière

2 Introduction : L idée de départ : Faire des images 3D des vertèbres dans un but pédagogique Les techniques courantes : Rendu de surface, MIP, Rendu de volume Disponibles sur les consoles de post traitement des imageurs récents, elles donnent rapidement un bon rendu esthétique. Toutefois, aucune technique de routine automatisée ne permet actuellement de segmenter un organe en ses différentes parties anatomiques, puis de visualiser ses sous-parties, puisqu elles ont les mêmes propriétés physiques. De plus, les logiciels de traitement d image ne permettent pas d inclure un volume virtuel au sein d une région d intérêt : La simulation tridimensionnelle d un acte de radiologie interventionnelle est impossible. Ci-contre : La vertèbre Atlas en rendu de volume (VRT)

3 Introduction : L enseignement actuel de la radio anatomie en coupes : Il repose essentiellement sur une étude livresque, avec des images légendées, réalisées dans les plans de coupe courants. Des logiciels de radio-anatomie existent, mais l utilisateur ne peut pas réaliser des reconstructions 2D dans les plans de coupe coronal et sagittal, et ils ne proposent pas de représentation tridimensionnelle. A droite, exemple d image annotée telle que l on pourrait en consulter dans un livre de radio anatomie : les yeux du lecteurs devant sans cesse jongler de l image à la légende.

4 Le projet Vertebra : Objectifs - Segmentation d un volume acquis en coupes fines tomodensitométriques en plusieurs objets 3D - Visualisation du volume acquis sous formes de coupes axiales, sagittales et coronales - Visualisation du contour des objets 3D sélectionnés sur les différentes coupes - Visualisation de la reconstruction 3D en rendu de surface des objets 3D sélectionnés

5 Le programme DelphiBox : Acquisition et Segmentation - Acquisition des images Mode spiralé, Coupes millimétriques filtre osseux - Lecture et conversion des données Lecture directe du format DICOM Conversion au format SURF conservant l information de densité - Segmentation et création des objets 3D Dessin de zones polygonales sur chaque coupe (Ci-contre en haut), ajustées par courbes de Bézier (Cicontre en bas) - Sauvegarde des objets 3D L objet 3D = L empilement de ses contours sur les coupes successives

6 Le programme Vertebra : Conception générale Choix de la vertèbre à étudier En lançant l application Vertebra, la fenêtre de choix de la vertèbre s ouvre, avec des boutons correspondant aux vertèbres à charger dans la fenêtre de visualisation.

7 Le programme Vertebra : Conception générale Dans la fenêtre de visualisation, l utilisateur a directement accès à : - Trois cadres dans lesquels sont affichées les coupes axiale, coronale et sagittale du volume - Un quatrième cadre dans lequel apparaît la représentation tridimensionnelle. - A gauche de ces cadres, des menus et cadres permettent de sélectionner les objets à afficher, de modifier le fenêtrage, régler le zoom ou les coordonnées du vecteur d éclairage.

8 Le programme Vertebra : Visualisation du volume en coupes axiale, coronale et sagittale La coupe axiale est directement affichée dans le cadre (image native). La coupe coronale est reconstruite par empilement sur tout le volume de la ligne de l image native correspondant au plan de coupe. La coupe sagittale est reconstruite par empilement sur tout le volume de la colonne de l image native correspondant au plan de coupe.

9 Le programme Vertebra : Visualisation du contour des objets 3D sélectionnés sur les coupes Sur la coupe axiale, le contour d une zone est dessiné tel qu il a été sauvegardé. Sur les coupes coronales et sagittales, le contour est déterminé en calculant pour chaque ligne les points d intersection entre la zone et le plan de coupe.

10 Le programme Vertebra : La représentation 3D Les principaux modèles de représentation 3D : - Le modèle solide - Le modèle volumique - Le modèle surfacique - Le modèle «Flat» - La méthode de Gouraud - La méthode de Phong Crée par triangulation entre les points d un objet, nous avons opté pour une représentation 3D surfacique selon la méthode d ombrage de Gouraud [1], faisant disparaître les arêtes des triangles, et moins gourmande en temps CPU que la méthode de Phong [2].

11 Applications de Vertebra en radio anatomie Exemple de la 4 ème vertèbre cervicale Reconstruction 2D sagittale médiane Représentation 3D Représentation 3D de la vertèbre, avec les artères vertébrales et le fourreau dural

12 Applications de Vertebra en radiologie interventionnelle sous guidage tomodensitométrique Simulation d infiltration péri radiculaire S1 gauche sous guidage TDM Les infiltrations de corticoïdes constituent une part grandissante de l arsenal thérapeutique des radiculalgies résistantes au traitement médical bien conduit. Le guidage TDM est actuellement la technique la plus fiable, de part sa précision topographique, le contrôle de la progression de l aiguille et de la diffusion des corticoïdes, et sa reproductibilité avec un taux très faible de complications [3,4].

13 Conclusion Vertebra : Le premier logiciel de radio-anatomie «volumique», permettant la simulation d actes de radiologie interventionnelle sous guidage TDM Vertebra, un projet à poursuivre! Développement futurs : - Reconstructions 2D multiplanaires - Optimisation du calcul de la section des objets 3D - Amélioration du rendu 3D - Calcul de surfaces et de volumes - Addition de procédures de segmentation automatique Atlas : - Généralisation des applications

14 Références [1] : Gouraud H., Continuous shading of curved surfaces, I.E.E.E. Transactions on computers 20, 6, (1971), [2] : Phong B. T., Illumination for computer generated pictures. Communication of the ACM, Vol.18, n 6, (1975), [3] : Kastler B., Fergane B., Radiologie interventionnelle dans le traitement de la douleur (2003), Ed. Masson. [4] : Kastler B., Clair C., Fergane B., Radiologie interventionnelle sous contrôle tomodensitométrique dans le traitement de la douleur. EPU JFR (2001). Le projet «Vertebra» est le résultat de mon stage réalisé dans le laboratoire Ingénierie et Imagerie pour la Santé dirigé par M. le professeur B. Kastler, dans le cadre du D.E.A. Instrumentation et Informatique de l Image. Je remercie tous les membres du laboratoire, tout particulièrement Mme A. Pousse. Fin de la présentation, merci de votre attention S. Aubry