Analyse morphofonctionnelle des voies aériennes en TDM spiralée volumique

par Catalin Iulian Fetita

Thèse de doctorat en Sciences médicales. Sciences biologiques fondamentales et appliquées

Sous la direction de Françoise Prêteux.

Soutenue en 2000

à Paris 5 .

Le président du jury était Christine Graffigne.

Le jury était composé de Christine Graffigne, Isabelle Magnin, Philippe Cinquin, Philippe Grenier, Shabtai Samoilov, Vasile Buzuloiu.

Les rapporteurs étaient Isabelle Magnin, Philippe Cinquin.

mots clés

• Voie respiratoire
• Tomodensitometrie
• Volumétrie
• Anatomie
• Fonction respiratoire
• Image tridimensionnelle
• Traitement image
• Technique
• Image virtuelle
• Aide diagnostic
• Vision ordinateur
• Reconstruction image
• Morphologie mathématique
• Modèle Markov
• Homme
• Bronche
• Tomodensitometrie spiralée
• Traitement d'images
• Morphologie mathématique
• Modèles biologiques

Résumé

Enjeu majeur de l'imagerie pulmonaire numérique, l'analyse quantitative des voies aériennes en tomodensitométrie (TDM) spiralée volumique nécessite de disposer d'outils de segmentation, modélisation, description, représentation et visualisation 3D de l'arbre bronchique. Dans ce contexte d'aide au diagnostic fondée sur la vision par ordinateur, cette thèse développe deux méthodes originales et automatiques, l'une par approche hybride 2D/3D, l'autre par modélisation purement tridimensionnelle, aboutissant à la bronchographie TDM virtuelle, nouvelle fonctionnalité clinique de navigation 3D intelligente au sein du réseau bronchique. La méthode hybride 2D/3D consiste tout d'abord en une segmentation 2D des lumières bronchiques effectuée sur l'ensemble des coupes axiales. Fondée sur la morphologie mathématique, elle repose sur une extraction des contours bronchiques par ligne de partage des eaux filtrée conditionnellement à un marquage bronchique par cout de connexion. La topologie 3D de l'empilement des segmentations 2D ainsi obtenues est ensuite décrite sous forme d'une structure arborescente, orientée et multivaluée dont l'optimalité est établie. Enfin, une procédure de restauration et de filtrage de l'empilement, conditionnellement à cette structure, aboutit à la reconstruction 3D de l'arbre bronchique. L'approche tridimensionnelle repose sur une modélisation markovienne de type diffusif-agrégatif à partir de fonctions de potentiel caractérisant les propriétés topologiques et structurales du réseau bronchique. L'initialisation du schéma itératif de reconstruction 3D exploite le concept original de cout de connexion sous contrainte topographique. Dans chaque cas, l'arbre bronchique 3D est visualise en utilisant une technique de rendu de volume. En raison de la similitude des vues 3D ainsi créées avec les bronchogrammes classiques, cette technique est appelée bronchographie TDM virtuelle. Les performances des deux méthodes développées ont été évaluées qualitativement et quantitativement, en termes de précision de reconstruction et de robustesse vis-a-vis des artefacts, à partir d'un système de scores établi par rapport à un arbre bronchique de référence. Cette évaluation a démontré, pour les deux méthodes, une précision supérieure à 97% et une robustesse supérieure à 96%, en moyenne.

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