Segmentation du myocarde en échocardiographie ultrasonore par ensembles de niveaux sous contrainte de forme et de mouvement

par Basma Touil

Thèse de doctorat en Images et systèmes

Sous la direction de Denis Friboulet.

Soutenue en 2010

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    La segmentation des structures cardiaques en Imagerie ultrasonore est un problème qui reste ouvert et particulièrement difficile. En effet le processus physique de formation des images échographiques (interaction de l'onde ultrasonore avec les tissus biologiques explorés) conduit à des Images bruitées (phénomène de "speckle') et à un faible contraste. Du tait de ces difficultés la plupart des recherches ont été consacrées à la segmentation de l'endocarde (interface interne entre le sang du muscle cardiaque) et très peu d'études abordent la segmentation de l'épicarde (interface externe). Afin de réaliser une segmentation complète du myocarde, nous avons proposé une méthode intégrant l'information de mouvement dans le processus de segmentation. De ce fait la première partie de ce travail est consacrée à l'estimation de mouvement dans des séquences d'images échocardiographiques. La plupart des techniques d'estimation souffrent de limitations dues à la complexité de la formation des images ultrasonores. Nous avons caractérisé ces limitations pour des méthodes d'estimation de mise en correspondance de blocs, à partir de simulations réalistes d'images ultrasonores et sur des données in vivo du cœur. Cette étape nous a permis de choisir une méthode d'estimation fiable et exploitable sur des données réelles. La segmentation que nous avons développée appartient aux méthodes de type contours actifs. Notre approche est basée sur une "formulation par ensemble de niveaux variationnels, évoluant à partir des statistiques locales de l'image et intègre un a priori de forme simple (elliptique). L'originalité de la méthode repose sur l'utilisation de l'information de mouvement pour propager la contrainte de forme par un filtre de Kalman. Cette méthode a été évaluée sur des données réelles acquises in vivo et représentant 120 images traitées. L'évaluation a été réalisée en comparant les contours obtenus avec ceux tracés par un cardiologue.

  • Titre traduit

    = Segmentation of myocardium in ultrasound echocardiography using level sets techniques constrained by shape and motion


  • Résumé

    Segmentation of cardiac structures in ultrasound imaging is still an open and difficult problem. Indeed, the physical process of ultrasound image formation (ultrasonic wave interaction with the explored biological tissues) leads to noisy images ("speckle" phenomenon) and low contrast. Because of these difficulties, most of the research has been devoted to the segmentation of the endocardium (internal interface between blood and heart muscle) and few studies address the segmentation of the epicardium (external interface). To achieve a complete segmentation of the myocardium, we proposed in this thesis a method integrating motion information in the segmentation process. The first part of this work is therefore devoted to motion estimation in echocardiographic images sequences. Most of motion estimation techniques are limited due to the complexity of ultrasound image formation. These limitations have been assessed for block matching methods, from realistic simulations and in vivo cardiac data. From these results a reliable motion estimation technique has been selected and used on real data. The developed segmentation belongs to active contours methods. Our approach is based on the variational level set formalism. The evolution of the associated interface based on local statistics and incorporates an elliptical shape prior. The novelty of the approach is linked to the fact that this shape prior is propagated through the cardiac sequence using a Kalman tiller. Our method was tested on real in vivo data, corresponding to 120 cardiac images. The evaluation was done by comparing the obtained contours with the contours traced by an expert cardiologist. The results showed that the method performs very well for the segmentation of the epicardium, independently of image sequence quality. The segmentation of the endocardium still need to be improved and we draw methodological perspectives that may lead to such improvement.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (175 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 165-175

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3681)
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