TRAITEMENT D`IMAGES MEDICALES
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TRAITEMENT D’IMAGES MEDICALES Illustration du rôle d’un ingénieur au sein d’une structure hospitalière Module « Bioingénierie, 8° semestre, 2011 Ecole Centrale de Marseille. Denis Mariano-Goulart Faculté de médecine et CHRU de Montpellier http:\\scinti.etud.univ-montp1.fr Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) PLAN 1. 2. 3. 4. 5. 6. Problème médical à résoudre Choix d’une modalité d’imagerie et d’un traceur Acquisition des images Reconstruction tomographique Segmentation, analyse et validation (myocarde) Segmentation, analyse et validation (ventriculo) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) INSUFFISANCE CARDIAQUE Insuffisance cardiaque : altération de la fonction pompe du coeur HYPERTENSION ARTERIELLE 4% VALVULOPATHIES 10% ALCOOL 4% TROUBLES DU RYTHME 3% AUTRES 14% CARDIOMYOPATHIES 13% CORONAROPATHIES 52% Prévalence = 1-3 % (1 million en France) A 5 ans : 25 (H) à 40 %(F) de décès Environ ½ morts subites Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) PHYSIOLOGIE CARDIAQUE Automatisme cardiaque Sympathique (noradrénaline) Parasympathique (acétylcholine) P, V, fc nerf vague fc ↓ fc ↑ contractiloté irritabilité NA Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) PROBLEME CLINIQUE Mesures hygièno-diététiques Médicaments (Diu., IEC, βB) Défibrillateur implantable si FE = VTD − VTS < 35% VTD mais décès avec FE > 40% 35 % des défibrillateurs implantés sont sollicités / 3 ans. Meilleure identification des patients à risque de mort subite par imagerie ? Quelle fonction cibler (pompe, innervation, perfusion) ? Quelle modalité d’imagerie ? Quels traitements d’image ? AJ Moss AJ et al. Long-term clinical course of patients after termination of ventricular tachyarrhythmia by an implanted defibrillator.Circulation 2004;110:3760 –5 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) 1. 2. 3. 4. 5. 6. Problème médical à résoudre Choix d’une modalité d’imagerie et d’un traceur Acquisition des images Reconstruction tomographique Segmentation, analyse et validation (myocarde) Segmentation, analyse et validation (ventriculo) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) CHOIX D’UNE MODALITE D’IMAGERIE ANATOMIQUE Z = ρ .c µ∝ρ S ∝η Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) CHOIX D’UNE MODALITE D’IMAGERIE ANATOMIQUE Z = ρ .c FONCTIONNELLE C = f (t ) µ∝ρ S ∝η Synchronisation à l’électrocardiogramme Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) CHOIX D’UNE MODALITE D’IMAGERIE ANATOMIQUE METABOLIQUE Z = ρ .c FONCTIONNELLE perfusion noradrénaline µ∝ρ S ∝η perfusion noradrénaline Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) CHOIX D’UN MARQUEUR RADIOACTIF Photons pénétrants et peu diffusés Émetteurs gamma ou bêta plus (ionisants) 18 γ 99 43 Tc µ log ρ 2 cm / g 8 O γ 18 9 µ PE ∝ γ F 99 Eϕ3 µC ∝ ρ énergies détectables γ (140 keV 43Tc ou 159 keV β+ → 2γ 511 keV (188 F ) ρ .Z3 123 53 I ) PE C CP EAU Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) CHOIX D’UN RADIOTRACEUR Traçage possible d’un métabolisme Marquage de cations lipophiles (MIBI) au 9943Tc Tc 123 53 I Marquage de la MIBG à l’ 123 53 I 99 Marquage des globules rouges au 43Tc Chimie de complexation avec le noyau tétrapyrolique de l’hème NH CH2NH-C-NH2 O || Tc || O Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) CHOIX D’UNE MODALITE D’IMAGERIE Perfusion myocardique (MIBI) Volume sanguin (GR) Innervation sympathique (MIBG) Altération de l’innervation Mouvements de la paroi myocardique Chasse sanguine Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) 1. 2. 3. 4. 5. 6. Problème médical à résoudre Choix d’une modalité d’imagerie et d’un traceur Acquisition des images Reconstruction tomographique Segmentation, analyse et validation (myocarde) Segmentation, analyse et validation (ventriculo) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Single Photon Emission CT Collimateur Scintillateur Photo-multiplicateur Localisation Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Single Photon Emission CT 1 X- γ PM p ai S Scintillateur collimateur Eϕ -1 X+ Eϕ ' - - Spectroscopie i t X+ −X− Localisation X = + X +X− Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Largeur à mi-hauteur (FWHM) h(i)=[hδ](i) γ δ(i) H Réponse intrinsèque hi H/2 LMH ≤ 4 mm, ± invariante Réponse du collimateur hc La LMH dépend de la distance source-détecteur LMH Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Réponse d’un collimateur LEHR : L = 4,1 cm B = 0,64 cm R = 0,19 cm ε = 0,065 L D=10 cm P B 2R r D D=5 cm Collimateur λ= 2 ε λ.r λ.r h(r ) = 2. arccos − λ.r. 1 − π 2 2 Détecteur L R.(L + D + B ) hihc≈ Gaussienne Quantitative Analysis in Nuclear Medicine Imaging, Springer US. 2006; CE Metz. Phys Med Biol 1990; 35. Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Linéarité entre LMH et D hihc≈ Gaussienne h(i) = LMH = 2. 2. ln 2σ = kD + k' Utilité d’une déconvolution contact (non stationnaire) 1 e 2π σ − i2 2σ 2 LMH 50 cm Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) 1. 2. 3. 4. 5. 6. Problème médical à résoudre Choix d’une modalité d’imagerie et d’un traceur Acquisition des images Reconstruction tomographique Segmentation, analyse et validation (myocarde) Segmentation, analyse et validation (ventriculo) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Single Photon Emission CT γ pk φ fi r r p k = ∑ rk,i .f i ⇔ p = R.f i p(s, φ) φ fi = ? sinogramme s Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Déconvolution (hors synchro ECG) j t t = − ωn f - sin φ cos φ r = ω s φ n i φ sources à t mm du centre de rotation signal ≈ sur la droite n=-ω.t de la TF2 du sinogramme TF2 ω s p c (s, φ ) = ∫ f(s ω t ⊥ r + t ω ) dt pˆˆ c (σ , n ) P.R Edholm, RM Lewitt, B Lindholm. « Novel Properties of the Fourier decomposition of the sinogram». Proc. SPIE, 671,8-18 (1986) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Principe fréquence-distance ĥ t pˆˆc = ĥ t . pˆˆ p̂ 1 ht (i) = 2π σ t − e i 2 1 p̂ˆ ĥ t 2σ t2 n pˆˆ c (ω , n ) = hˆ n (ω ). pˆˆ (ω , n ) − ω pˆˆ (ω , n ) = 1 hˆ n (ω ) − ω . pˆˆ c (ω , n ) ω pˆˆ c (ω , n ) W Xia et al, IEEE TMI 1995;14-Hawkins et al. IEEE TMI 1988;7-Lewitt et al. Proc SPIE 1989; 1092-Glick et al. IEEE TMI 1994;13. Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Filtre de déconvolution de Metz ĥ t pˆˆc = ĥ t . pˆˆ p̂ 1 p̂ˆ ĥ t ) m(ν ) n=15 1 hˆ(ν ) n=4 1 n=1 ν mˆ (ν ,ν ' ) = [ 1 − 1 − hˆ(ν ,ν ' ) 2 ] n hˆ(ν ,ν ' ) n = 0,834. ln(C ) − 7.774 King et al. JNM 1983;24 et Metz et al. JNM 73;15 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Alternative pour déconvoluer j = Ri,j,k,m % du pixel (i,j) i fij Bin k : + Ri,j,k,m .fij m Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Alternative pour déconvoluer j = Ri,j,k,m % du pixel (i,j) i D σ Bin k+1 : +S.Ri,j,k,m .fij Bin k : +S.Ri,j,k,m .fij G(d) D d m Tsui et Floyd, IEEE Trans Nucl Sci 1988;35 – A Formiconi, Phys Med Biol 1989;34 – Penney, IEEE TNS 1990;37 - McCarthy, IEEE TMI 1991;10 – Zeng, IEEE TNS 1991;38-1992;39 – Bechman, IEEE TNS 1993; 40 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Solvabilité du problème tomographique Aspect analytique: R bijectif d’inverse continu ? ( r⊥ p̂ωr ⊥ (σ ) = f̂ σ.ω f TF f̂ || R pωr ⊥ (s ) ) TF p̂ωr ⊥ (σ ) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Démonstration x2 t ⊥ pω (s ) = ∫ f(sω + tω ) dt s - sin φ cos φ r r r = ω t p̂ωr (σ ) = ∫ pωr (s ).e −i.s.σ ds f φ r x s x1 ⊥ r p̂ω (σ ) = ∫ ∫ f(sω + tω ) e −i.s.σ dt ds r s t r − i.σ xr.ωr ⊥ r p̂ωr (σ ) = ∫∫ f(x) e dx J. Radon ( r⊥ p̂ωr (σ ) = f̂ (σ.cosφ , σ.sinφ ) = f̂ σ.ω Johann Radon, ¨ Uber die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte langs gewisser Mannigfaltigkeiten, Ber. Verh. Sach. Akad. 69 (1917), 262–77. ) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Rétroprojection filtrée r r ∗ f f (x ) = (R p ) (x ) Projections sur 180° pωr s3 p̂ωr abs r x x [ ] r⊥ ω s2 r⊥ r s2 = ω .x TFs−1 p̂ωr . abs = pωfr s1 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Démonstration r ) r r f (x ) = ∫∫ f (ξ ) e dξ rr i x.ξ r f (x ) = π ∫φ ∫ =0 r f (x ) = π ( r⊥ f̂ σ ω σ = −∞ ∫φ ∫ =0 σ = +∞ )e r r i σ ω ⊥ .x σ = +∞ σ = −∞ p̂ωr ⊥ (σ ) σ e −1 s [ pωfr J. Radon σ dσ dφ r r i σ ω ⊥ .x || TF p̂ωr ⊥ ξ2 dσ dφ ]( r⊥ r . abs ω .x ρ φ ξ1 ) r r ∗ f f (x ) = (R p ) (x ) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Solvabilité du problème tomographique Aspect discret : le problème est moins simple ! R surjectif ? : R injectif ? : t r t r r r R.Rf = R.p ⇐ f = arg min p − Rf f ⇐ choix parmi les solutions possibles Norme de R-1 ? R-1 continue mais ||R-1|| grande r δf r ≤ κ (R ) f 2 r δp r p où κ (R ) = R R -1 = λ max >> 1 λ min Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Gradient Conjugué r r f = arg min Rf - p f ∈C Initialisation : r0 r0 * r d = r = R .p 2 rj r 2 ω = rj * rj d R .R. d j r r j +1 r j r = r − ω j .R * .R. d j r j +1 2 r j + 1 r j +1 rj r d = r + r 2 .d rj r j +1 r j r f = f + ω j .d j Gilbert P Iterative methods for the three-dimensional reconstruction of an object from projections. J. Theor. Biol. 1972; 36:105-17 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Estimation de κ(R) par Rf=p rj r 2 ωj = r j * r j d R .R. d Gradient conjugué Approximation de Galerkin 1 ω0 β0 − 0 ω 0 0 − β0 0 ω0 β0 1 + ω1 ω 0 O O O 0 − β j −1 ω j −1 , r j +1 2 r j β = r 2 rj 0 0 β j −1 − j −1 ω j −1 β 1 + ω j ω j −1 dont le spectre CV vers celui de R: estimation de κ(R) κ(R) qui borne l’erreur sur la solution et le spectre www.inma.ucl.ac.be/~vdooren/Krylov.pdf Analyse numérique matricielle appliquée à l’art de l’ingénieur. P. Lascaux & R. Théodor (II), p. 516, 1987. MASSON D. Mariano-Goulart, P. Maréchal, S. Gratton, et al. Comput. Med. Imaging & Graphics 2007; 31 : 502-509 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Approche intuitive (I) ∆1 : p1 = r1,1 f1 + r1,2 f2 f1 f2 ∆2 : p2 = r2,1 f1 + r2,2 f2 f2 ∆2 ∆1 f1 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Approche intuitive (II) ∆1 : p1 = r1,1 f1 + r1,2 f2 f1 f2 ∆2 : p2 = r2,1 f1 + r2,2 f2 f2 64² = 4 096 128² = 16 384 256² = 65 536 512² = 262 144 ∆2 ∆1 f1 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Exemple Matrice de Wilson 10 7 8 7 7 8 5 6 6 10 5 9 7 1 32 5 1 = 23 9 1 33 10 1 31 Sp(R) ≈ {0,010; 0,843; 3,858; 30,289}⇒ κ (R ) = 30,289 = 2984 0.010 10 7 8 7 7 8 5 6 6 10 5 9 7 9,2 32,1 5 -12,6 = 22,9 9 4,5 33,1 10 −1,1 30,9 10 7 8 7 7 8 5 6 6 10 5 9 7 -7,2 31,9 5 14,6 = 23,1 9 −2,5 32,9 10 3,1 31,1 100 itérations de MLEM Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Régularisation de la RPF r r ∗ f f (x ) = (R p ) (x ) Projections sur 180° pωr s3 p̂ωr abs r x x [ ] r⊥ ω s2 r⊥ r s2 = ω .x TFs−1 p̂ωr . abs = pωfr s1 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Régularisation algébrique Remplacer : r r2 f = arg min p−Rf par f ∈C r r 2 r f = arg min p−Rf +α.ρ(f ) f∈C Adéquation aux données Surjectivité du problème inverse Régularisation injectivité Exemple : régularisation de Tikhonov (cf. pseudo-inverse de Moore-Penrose) r r2 r 2 r t t f = arg min p − R f + α. f ⇔ R R + αI f = R p r f r -1 t t f = R R + αI R p ( ) ( ) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Régularisation MAP-EM-OSL r r r r r rr rr Bayes : Ρ(f / p) = Ρ(p/f). Ρ(f)/Ρ(p) = Ρ(p/f). Ρ(f) [ ~r r rr f = arg min fr − log Ρ(p/f) − log Ρ(f) Adéquation aux données log ∏ e i f n +1 = f n. i i p ~ pi i pi ! P 1 P ∑r l '=1 −~ pi l ',i ∑ rl ,i l =1 pl N ∑r s =1 l ,s f n s ] régularisation −β.∑ w i, j .V (f i - f j ) r Gibbs : Ρ(f) = 1 e i, j K f n +1 = f n. i i 1 P ∑ rl ',i + β.∂ U l '=1 ∂V ∂ U = ∑ w i ,k . (f i − f k ) ∂r f ∈V ( f ) k pl P . ∑ rl , i l =1 N n ∑ rl , s f s s =1 i Dempster A et al. Maximum likelihood from incomplete data via the EM algorithm. J R Stat Soc 1977;39:1-38. Hudson H et al. .Accelerated image reconstruction using ordered subsets of projection data. IEEE TMI 1994;13:601-9. Green PJ. Bayesian reconstructions from emission tomography data using a modified EM algorithm. IEEE Trans Med Imaging 1990;9:84-93 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Comparaison MLEM-GC-FRECT MLEM 6 MLEM 200 GC 6 GC 16 FRECT 34 (CV) E (f ) = TF −1 s (B. p̂ ) − Rf 2 + (1 − B ).f̂ 2 D Mariano-Goulart, P Maréchal, S Gratton, L Giraud, M Fourcade. Comput Med Imaging Graph 07 & Lect Notes Comput Sci. 04 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Problème médical à résoudre Choix d’une modalité d’imagerie Choix d’un traceur Acquisition des images Reconstruction tomographique Segmentation, analyse et validation (myocarde) Segmentation, analyse et validation (ventriculo) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Segmentation et Analyse Scintigraphie myocardique (MIBI ou MIBG) Faible rapport signal/bruit Activités extra cardiaques Ventricule gauche ≈ ellipsoïde tronqué Tomoventriculographie isotopique Meilleur rapport S/B, basse fréquence Volumes partiels Peu d’activité extra cardiaque Pas de modélisation simple (ventricule droit) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) ® QPS : MYOCARDE S+5% ⇒ fragmentation Essai d’identification : seuil 1 amas cubique [50 mL, 1L[ L 64 Somme pondérée des coupes SA L S(i, j) = ∑ ω k .SA(i, j, k) k =1 64 ωk ? Maxima locaux de S(i,j) • supérieur seuil et au moins 4-connexes k 0 L/2 L Transformée de Hough • ? cercles dans un nuage de points A Ezekiel et al. in Computers in cardiology. NY, IEEE Computer society. 1991:237-240 G. Germano et al. JNM 1995;36:1107-1114 et 1995;36:2138-2147 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) QPS® : TRANSFORMATION DE HOUGH x = a + r.cos θ y b M y = b + r.sin θ x M y r C r (x, y) y a b r M θ θ b 1 a = x − r.cos θ b = y − r.sin θ a x x a à tout point M du cercle(O,r) on associe un cercle (M,r) D. Ballard, C. Brown. Computer vision. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall; 1982. http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/BOOKS/BANDB/bandb.htm Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) QPS® : TRANSFORMATION DE HOUGH y M M r b b 2 2 M’ a M’ x a D. Ballard, C. Brown. Computer vision. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall; 1982. http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/BOOKS/BANDB/bandb.htm Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) QPS® : TRANSFORMATION DE HOUGH y M M r b M’’ b M’’ 3 2 M’ a M’ x a D. Ballard, C. Brown. Computer vision. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall; 1982. http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/BOOKS/BANDB/bandb.htm Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) QPS® : TRANSFORMATION DE HOUGH y M M M’’’ r b M’’ b M’’’ 4 M’’ 2 M’ a M’ x a D. Ballard, C. Brown. Computer vision. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall; 1982. http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/BOOKS/BANDB/bandb.htm Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) QPS® : TRANSFORMATION DE HOUGH Si r est inconnu : cônes y M M r M’’ b M’ M’’’’ a x b M’’ M’ M’’’’ a ? Extrema dans l’espace des paramètres 3D: (a,b,r) Puis QPS choisit le cercle à plus fort comptage moyen sur la circonférence par rapport au comptage au centre Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) ® QPS : MYOCARDE G : Centre de Gravité du masque binaire Données = Volume SPECT x Masque Extraction de 18x36 profils d’activité Surface médio VG = maxima des profils M Fit ellipse 3D→ axe VG → G ← proj.(G)/axe M X 36 10° X 18 10° G JC Cauvin et al. Eur J Nucl med 1992;19:1032-1037 G. Germano et al. JNM 1995;36:1107-14 ; 1995;36:2138-47 et JNM 2000;41:712-19 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) QPS® : SEGMENTATION DU MYOCARDE SMVG(t) M(t) Profil(t) σi σe 40 mm EPI SMVG ENDO SMVG(t) 65% σi ENDO(t) 65% σe EPI(t) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) MOUVEMENT MYOCARDIQUE ? mais LMH ≈ 15 mm ≈ mouvement qui est donc peu ou pas visible. Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Rappel : Effet de volume partiel s(i) p(i) 1 1 3/4 i i s(i) p(i) 1 3/4 1/4 h(i) i i 1/2 1/4 i Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) EPAISSISSEMENT SYSTOLIQUE Epaisseur systolique ≈ 30 mm 100 % de l’activité mesurée Pour une épaisseur diastolique de 15 mm 75 % de l’activité mesurée JR Galt et al. IEEE Trans Med Imaging 1990; 9:144-150 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Applications cliniques Examen normal Se (%) p(T+/M) NC 88 ATT 86 NC 50 Spé (%) p(T-/non M) ATT 79 Sténose de l’artère circonflexe > 80% J.M. Links J Nucl Cardiol 2002;9:183-187 - T.M. Bateman. Semin Nucl Med 2005;35:37-51 – G. Mowatt. Health Technology Assessment 2004; 8(30):1-222 (3032 patients) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Applications cliniques F X4 < 51 H X2 < 43 Evènements CV à 3 ans T. Sharir et al. Circulation 1999;100:1035-42 et J Nucl cardiol 2006;13(4):495-506 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) MIBG MJ Boogers et al. JACC 2010; 55(24):2769-2777 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Problème médical à résoudre Choix d’une modalité d’imagerie Choix d’un traceur Acquisition des images Reconstruction tomographique Segmentation, analyse et validation (myocarde) Segmentation, analyse et validation (ventriculo) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) TOMO-VENTRICULOGRAPHIE VTD FE PVM PRM ? VTS TES Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Choix d’un algorithme de segmentation Approche « frontières » Seuillages (simple, d’histogramme, hystérésis…) Dérivatives (gradient, Laplacien) Surfaciques (Hueckel) Morphologiques (gradient, ligne de partage des eaux) Réseau de neurones Champs de Markov Variationnelles Approche « régions » Techniques Markoviennes, Croissance de régions, Division et fusion de graphes, Etc. Analyse d'images: filtrage et segmentation", J.P Cocquerez et S. Philipp, 1995, MASSON. Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Segmentation NG=NGmax-NG Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) LPE par immersion Schmitt M, Mattioli J. « Morphologie mathématique ». Paris, Masson, 1993. Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) LPE par amincissement homotopique si f max < f (i, j ) ≤ f min alors f (i, j ) = f max i+1 i j-1 j j+1 i-1 1 0 −1 L = 1 0 −1 1 0 −1 0 L' = 1 0 1 -1 0 0 1 0 Mariano-Goulart et al.EJNM 1998; 22:1300-07 et Revue Acomen 2000;6:69-77 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Extraction FE ? TES ? Mariano-Goulart et al.EJNM 1998;22 et EJNM 2001;28- Daou et al. JNM 2001;42 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Ajustement mono- harmonique ŝ(0) ŝ(1) j .(ω0 )t j .(ω 0 t +ϕ1 ) s(t) = + e = A0 + A1 e N N fit cosinus A0 H1 A1 ϕ1 1 N −1 s(t) = ∑ ŝ(k).e j .(k.ω 0 )t N k =0 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Ajustement multi-harmonique 1 H −1 j .(kω 0 )t s(t) = ∑ ŝ(k).e N k =0 Avant bruitage H1 H1+H2 H1+H2+H3 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Déformation d’une CTA de référence P(t) D(t) = P(t)β t1/3 t3 P(t1/3) P(t3) Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Déformation d’une CTA de référence P(t) D(t) = P(tα) Polynôme Q(t) D(t) = P[Q(t)] D(t) = P[Q(t)] Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Détermination de Q(t) Acquisition bruitée (t4 , A4) A4 A4 = P(u4) A4 = D(t4) = P[ Q(t4)] Q(t4) = u4 Q(t) 1 1 t C Caderas de Kerleau & D Mariano-Goulart. IEEE Trans Med Imaging 2004 ; 23(4) : 485-91. Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Validation Filtrage linéaire de la CTA H1 : imprécis Multi-harmoniques : bruité Modélisation de la CTA H1 H1+H2 H1+H2+H3 t1/3 t3 C Caderas de Kerleau & D Mariano-Goulart. IEEE Trans Med Imaging 2004 ; 23(4) : 485-91. Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Analyse de la fonction systolique VG VD FE FE TVI versus IRM δ=0 δ(IRM) = 40 mL δ(IRM) =19mL δ=4% δ(IRM)= 11 mL δ(IRM)=0 VES(G-D): 9±14 (GBPS) versus 18±13 (IRM) L. Sibille et D. Mariano-Goulart, An. Nucl. Med 2010. Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) ANALYSE 3D DE CTA LOCALES CTA LOCALE S G DEFORMATION CTA DE REFERENCE Mariano-Goulart et al. J Nucl Med. 2007; 47: 1416-1423 CTA LOCALE ESTIMEE Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) ANALYSE 3D DE CTA LOCALES VD VG FE TES S=80 ms Mariano-Goulart et al. J Nucl Med. 2007; 47: 1416-1423 Se=100 Sp=81 Problème Modalité Acquisition Tomographie Analyse (myocarde) Analyse (ventriculo) Synthèse et résultats Logiciels Modalité Déconvolution Reconstruction + Hypo- DysFE Volumes Cicatrice kinésie kinésie TVI LPE Fit de CTA Échantillonnage + + + + + + + + - - PERFUSION Identification Modélisation Quantification Pronostic MIBG Identification Modélisation Quantification - - Pour aller plus loin… The Mathematics of Computerized Tomography. F. Natterer. 2001. SIAM. Quantitative Analysis in Nuclear Medicine Imaging. H. Zaidi Ed. Springer. (http://www.springerlink.com/content/k513k6/?p=be16e74068244dbfbeb4d7123ee136b3&pi=0) Introduction au traitement numérique des images. D. Mariano-Goulart. Encyclopédie Médico-chirurgicale, 35-100-A-10, 2009. Reconstruction tomographique en imagerie médicale. D. Mariano-Goulart. Encyclopédie Médico-chirurgicale, 35-105-A-10, 2009. http:\\scinti.etud.univ-montp1.fr Merci pour votre attention… [email protected] http:\\scinti.etud.univ-montp1.fr