Acquisition, visualisation et reconstruction 3D de données anatomiques issues de dissection : application aux fibres blanches cérébrales

Acquisition, visualization, 3D reconstruction of anatomical data from dissection : application to human white fiber bundles

• Auteur / Autrice : Barthélémy Serres
• Direction : Gilles Venturini, Christophe Destrieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 25/07/2013
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire d'Informatique Fondamentale et Appliquée de Tours (2012-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École polytechnique universitaire (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Pennec
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Tauber, Lilla Zollei
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Michel Dischler, Cyril Poupon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie

Cerveau

Corps humain -- Dissection

Imagerie tridimensionnelle en médecine

Systèmes d'affichage

Plaques (ingénierie)

Matériaux -- Texture

Recalage d'images

Acquisition automatique des données

Mots clés libres

Fibres blanches cérébrales

Tractographie

Medical 3D imaging

Texturing

White matter fiber bundles

Tractography

Résumé

Dans cette thèse, nous présentons un système complet permettant de sauvegarder un processus destructif tel qu'une dissection anatomique. Nous proposons une méthode depuis l'acquisition 3D des données jusqu'à la visualisation interactive et immersive, dans le but de créer une vérité terrain. L'acquisition 3D regroupe l'acquisition de la géométrie par scanner laser (maillage) ainsi que de l'information de couleur par le biais d'un appareil photo haute résolution (texture). Ce processus d'acquisition et répété au cours de la dissection du spécimen. Les différentes acquisitions du spécimen sont représentées par des surfaces 3D texturées. Elles sont ensuite recalées entre elles. Un expert anatomiste peut alors explorer ces différentes étapes de dissections modélisées dans une visualisation immersive en utilisant du matériel d'interaction (bras haptique). Un outil d'étiquetage permet une segmentation manuelle précise de régions d'intérêt visibles sur chacune des surfaces 3D. Un objet tridimensionnel peut ensuite être reconstruit et proposé à l'utilisateur sur la base des zones d'intérêt étiquetées. Le but étant de créer des vérité terrains afin de confronter des résultats issus de modalités d'acquisition volumiques (IRM). Nous montrons l'application de la méthode à la reconstruction de faisceaux de fibres blanches humaine dans le but de valider des résultats de tractographie.

In this thesis, we present a system to keep track of a destructive process such as a medical specimen dissection, from data acquisition to interactive and immersive visualization, in order to build ground truth models. Acquisition is a two-step process, first involving a 3D laser scanner to get a 3D surface, and then a high resolution camera for capturing the texture. This acquisition process is repeated at each step of the dissection, depending on the expected accuracy and the specific objects to be studied. Thanks to fiducial markers, surfaces are registered on each others. Experts can then explore data using interaction hardware in an immersive 3D visualization. An interactive labeling tool is provided to the anatomist, in order to identify regions of interest on each acquired surface. 3D objects can then be reconstructed according to the selected surfaces. We aim to produce ground truths which for instance can be used to validate data acquired with MRI. The system is applied to the specific case of white fibers reconstruction in the human brain.