Visualisation d’images en 3D

Visualisation d’images en 3D

C’est quoi un IRM cervicales :

Pour faire un examen IRM de votre cou, nous vous demanderons dans un premier temps de vous déshabiller (nous vous fournirons une blouse d’examen) et de laisser en cabine tout objet métallique (bijoux, montres) mais également d’ôter tout objet que vous auriez sur la tête ou autour du cou, tels que appareils dentaires, auditifs, barrettes dans les cheveux, chaines et colliers. Pour cet examen IRM votre cou devra se trouver au centre de l’appareil, qui est éclairé et ouvert aux extrémités. C’est un examen qui est indolore mais bruyant. Nous pourrons vous fournir des bouchons ou vous mettre un casque sur les oreilles. Vous ne ressentirez aucune douleur lors du déroulement de cet examen. Seul, le bruit de l’appareil peut-être désagréable. Durant l’IRM une sonnette vous sera donnée pour nous appeler ou nous parler en cas de besoin.

La visualisation tridimensionnelle:

La visualisation de données est une étape déterminante dans l’analyse d’images IRM. Les données obtenues par IRM ou TDM sont très riches en quantité d’information et par nature tridimensionnelles ; il est de ce fait difficile sinon impossible pour l’œil humain de les visualiser de façon simple. Il est donc nécessaire de proposer l’opérateur des modes de visualisation qui soient intuitifs et qui permettent un affichage efficace des régions d’intérêt. Différents modes de visualisation et de navigation sont proposés dans ce chapitre, allant de l’affichage successif de coupes bidimensionnelles à des représentations tridimensionnelles. Tous les systèmes utilisés pour acquérir des images médicales utilisent un format de représentation et d’échange commun, décrit dans le standard DICOM. Ce standard est malheureusement mal compris ou on peut utiliser dans le monde informatique du traitement d’images.

L’imagerie tridimensionnelle :

Des travaux expérimentaux sur l’imagerie 3D, ou trois dimensions, ont été publiés dès années 1980 [22]. L’imagerie 3D est le terme général donné au processus de traitement, de visualisation et d’analyse des images tridimensionnelles. Ces dernières sont souvent présentées sous forme de séquences d’images bidimensionnelles prises par une procédure d’échantillonnage ou de discrétisation de l’objet initial. De cet effet, ce processus consiste dans la plupart du temps en une séquence d’étapes 2D. [23]
Ces images 2D séparées ne fournissent pas une information 3D exacte de l’objet. Dans la pratique, le praticien est ramené à les rassembler et construire mentalement une allure tridimensionnelle approchée pour arriver à une appréhension de l’objet. Une telle reconstruction mentale est sans doute difficile, fastidieuse et erronée.

La Modélisation Tridimensionnelle :

La modélisation 3D consiste à développer une représentation, généralement numérique, décrivant l’ensemble de propriétés (ou quelques-unes) d’un objet ou d’un phénomène donné. Ces propriétés peuvent être structurelles concernant la forme ou fonctionnelles concernant le comportement de l’objet. Lorsqu’il s’agit d’une modélisation tridimensionnelle, c’est aux propriétés qui définissent l’objet dans l’espace 3D qu’on s’intéresse. L’équivalence entre un objet et son modèle dépend du degré de représentation de ce dernier des propriétés pertinentes exhibées par l’objet d’étude. Modèles d’objets 3D soit un ensemble de polygones (polyèdre) et série de points généralement sur un seul plan (appelé facette dans ce cas).

Etat de l’art des méthodes de reconstruction 3D à partir de coupes 2D :

La 3ème dimension a été effectivement obtenue au début des années 70 donnant naissance à l’imagerie tridimensionnelle. La nature des données 3D acquises à partir de la plupart des modalités, que ce soit la tomodensitométrie CT, la résonance magnétique l’IRM, l’échographie ou l’ultrason US, consistant en une séquence d’images 2D a invoqué un processus supplémentaire de reconstruction faisant appel à des techniques informatiques matérielles et logicielles avancées pour extraire l’information volumique encapsulée dans les données bidimensionnelles.

La 3D, un outil limité ?

Nous avons vu que 3D apporte une aide considérable en médecine, que ce soit lors du diagnostic, de la préparation d’opérations chirurgicales ou de leur exécution. Toutefois, il reste à se questionner quant à son efficacité et ses limites. En théorie, l’usage même de la 3D ne peut pas présenter d’inconvénients. La 3D ne permet pas de remplacer la 2D (du moins, pas encore); c’est aujourd’hui un outil supplémentaire, qui, couplé à l’imagerie traditionnelle 2D, permet de faciliter les visualisations.
Nous avons vu un des avantages majeurs de l’utilisation de la 3D en médecine. C’est la précision qu’elle apporte dans les modélisations des structures anatomiques internes du corps. Cependant, pour un niveau élevé de détails dans les modélisations, les maillages (ou les représentations virtuelles des organes) devraient compter un large nombre de vertices, d’arêtes et de faces. Rappelons-nous qu’il faut donc que le processeur traite un grand nombre de coordonnées dans l’espace (du type (x ; y ; z)), sans oublier tous les calculs nécessaires pour réaliser le rendu d’une image. Cela provoque, par conséquent, un ralentissement de l’ordinateur, ce qui rend la visualisation moins pratique, et moins spontanée, surtout s’il s’agit d’un affichage en temps réel. Un moyen évident peut être mis en œuvre : l’achat d’ordinateurs plus puissants. Cependant dans ce cas deux problèmes se posent. D’une part le coût élevé des ordinateurs, et éventuellement la rentabilité du traitement, pour les hôpitaux les plus petits par exemple. D’autre part, cela favorise l’inégalité face au traitement, ce qui suscite la polémique.
Afin de remédier au problème de lenteur du calcul, plusieurs recherches en cours cherchent à développer de nouveaux algorithmes de rendu des images 3D, permettant une moindre consommation de la capacité de calcul des processeurs.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre –I : Le contexte médical.
I.1. Introduction
I.2. Observation
I.3. C’est quoi un IRM cervicales
I.4. Technique d’examen
I.5. Rappel Anatomie
I.6. Généralités sur l’imagerie par résonance magnétique (IRM)
I.6.1. Principe physique de l’IRM
I.6.2. Formation de l’image
I.6.2.1. C’est quoi Le signal
I.6.2.2. Modèle quantique
I.6.2.3. Mouvement de relaxation
I.7. Finalement un Signal IRM
I.8. Séquence d’écho de gradient
I.8.1. Les grandes familles de séquences
I.9. Formation de l’image IRM
I.9.1. Gradient de sélection des coupes
I.9.2. Gradient de phase Gy et de fréquence Gx
I.9.2.1. Application de
I.9.2.2. Application de
I.10. Formation de l’image à partir du plan de coupe
I.11. Reconstruction de l’image
I.11.1. Qualité de l’image
I.11.1.1. Rapport Signal/Bruit (RSB)
I.11.1.2. Le contraste
I.11.1 .3. Résolution spatiale
I.12. Les artéfacts
I.13. Avantages de l’IRM
I.14. Inconvénients
I.15. Applications
I.16. Caractéristiques des images
I.17. Conclusion
Chapitre –II : Visualisations, segmentations et la reconstruction en 3D
II.1. Introduction
II.2. La visualisation tridimensionnelle
II.2.1. Fichiers issus des examens d’imagerie médicale
A. Acquisition d’images
B. Système de référence en anatomie
II.2.2. Visualisation par les trois plans du vue : Résultats de diagnostic
II.3. Le passage de 2D à 3D
II.3.1. Le Problème de la Reconstruction 3D à Partir de Coupes 2D
i. Aperçu historique
ii. Définitions
II.3.2. La Reconstruction Tridimensionnelle à Partir de Coupes Sériées
a. Reconstruction graphique
b. Reconstruction rigide
II.4. L’imagerie tridimensionnelle
II.5. La Modélisation Tridimensionnelle
II.6. Etat de l’art des méthodes de reconstruction 3D à partir de coupes 2D
1- Reconstruction surfacique
2- Reconstruction volumique
II.6.1. Les étapes de la reconstruction 3D à partir des coupes 2D
II.6.1.1. Etape d’acquisition
II.6.1.2. Etape de Prétraitements
II.6.1.3. Etape de Segmentation
i. L’approche Contours
ii. Approches région
II.7. La visualisation tridimensionnelle volumique
II.8. Visualisation multimodale
II.9. Une visualisation en 3D pour les opérations chirurgicales
II.10. Etat de l’Art sur les solutions logicielles existant pour le traitement et l’analyse des images
II.11.1. Quelque principaux logiciels testés et permettant la reconstruction tridimensionnelle à partir de coupes sériées
1. ImageJ
2. 3D-DOCTEUR
3. VR-Render
II.11.2. Le Maillage
II.11.3. La manipulation d’objets dans l’espace
1. La rotation autour de l’axe des cotes
2. La rotation autour de l’axe des abscisses
3. La rotation autour de l’axe des ordonnées
II.12. La 3D, un outil limité ?
II.13. Conclusion
Chapitre –III : Visualisation d’images en 3D « Résultats et Interprétations »
III.1. Introduction
III.2. Base de données
III.3. Compte rendu radiologique (pour ce patient)
III.3.1. Para gangliomes
III.3.2. Le traitement
III.4. Visualisation des coupes
III.5. Affichage coupe par coupe suivant les trois types de vue
III.6. Prétraitement coupe par coupe
III.6.1. Filtre moyen
III.6.2. Filtre de gauss
III.7. Affichage de 3 coupes orthogonales
III.8. Les techniques de segmentation en 3D avec les différentes méthodes
III.8.1. Introduction  III.8.2. Estimation du volume
III.9. Principe de la reconstruction 3D
Conclusion générale
Références

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