Recalage 3D/2D d'objets à partir de l'intensité des rayons X : application à la migration des prothèses totales de hanche

par Souha Aouadi

Thèse de doctorat en Informatique et traitement d'images

Sous la direction de Laurent Sarry.

Soutenue en 2007

à Clermont Ferrand 1 .


  • Résumé

    L'estimation de la pose d'un objet à partir de sa projection rayons X est un problème de recalage 2D-3D d'un grand intérêt clinique et industriel. Dans plusieurs procédures interventionnelles, des scanners TDM préopératoires sont utilisés pour effectuer un diagnostic ou une planification ; l'opération en elle-même est guidée par des images fluoroscopiques acquises en temps réel. La comparaison des images en peropératoire nécessite des algorithmes rapides de recalage 2D-3D. Dans le cas de l'arthroplastie, des précisions inférieures au millimètre sont requises pour détecter la migration précoce de la prothèse de la hanche (PTH) à partir d'une séquence temporelle d'images radiographiques, durant les 2 premières années après implantation. Le recalage consiste à estimer la pose des modèles de bassin et de cotyle sur une radiographie acquise en vue antéropostérieure ; l'évolution du positionnement relatif des 2 objets au cours du temps permet de quantifier les risques de descellement de l'implant. Dans un tout autre domaine, le recalage 2D-3D pourra faciliter la détection de défaut dans des pièces moulées, à partir de radioscopies. L'exploration des principes physiques attachés à la formation des images rayons X nous a permis de proposer une nouvelle approche de recalage 2D-3D. Nous avons considéré le cas de l'atténuation homogène des rayons X (modèles CAO) et le cas non homogène (carte d'atténuation obtenue par tomodensitométrie rayons X TDM) dans le cadre d'un problème d'optimisation utilisant l'information mutuelle comme mesure de similarité. La méthode d'estimation de pose proposée est très robuste et sa précision est inférieure au demi-millimètre pour des radiographies analogiques et des radiographies numériques grâce à 3 facteurs d'amélioration : 1) un modèle de densité de Parzen, rendu robuste grâce à l'estimation efficace des matrices de largeur de bande des noyaux, est utilisé par l'estimateur de l'information mutuelle ; 2) un schéma d'optimisation quasi-globale, fondé sur une version modifiée de l'algorithme du regroupement stochastique, est utilisé en conjonction avec un estimateur de variabilité par rééchantillonnage ; 3) un modèle paramétrique est proposé pour décrire la réponse non linéaire des capteurs analogiques. D'autre part, un effort particulier est réalisé pour déléguer la génération de radiographies à partird'un volume TDM au processeur de la carte graphique. Des applications, pour lesquelles précision et robustesse priment sur complexité calculatoire, ont été testées avec succès : 1) la détection de défaut pour le contrôle non destructif ; 2) le suivi de déplacement d'un objet sur une séquence radiographique ; 3) le suivi du déplacement relatif de 2 objets sur une séquence de radiographies. Un protocole clinique d'estimation de la migration des PTH a été proposé et une 1ère faisabilité a été montrée sur simulations et fantôme anthropomorphique. Ce travail montre la validité de notre approche pour étudier la migration de PTH. Néanmoins, une validation clinique à plus large échelle sera nécessaire.


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  • Détails : 1 vol. (193 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 184-193

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