Brevet FR2799029A1 — publié le 20010330

PROCÉDÉ DE RECONSTRUCTION D'UNE IMAGE TRIDIMENSIONNELLE D'UN OBJET ENMOUVEMENT, EN PARTICULIER UNE IMAGE TRIDIMENSIONNELLE DE VAISSEAUX DU COEUR HUMAIN L'invention concerne la reconstruction d'une image tridimensionnelle d'un objet en mouvement, notamment animé d'un mouvement sensiblement cyclique. L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine médical, dans lequel on procède à la reconstruction des structures internes de patients sous examen, en particulier la reconstruction d'images de vaisseaux du coeur. L'invention peut trouver néanmoins des applications dans d'autres domaines, notamment dans le contrôle non destructif industriel dans lequel des examens du même type que les examens médicaux sont pratiqués. La reconstruction tridimensionnelle d'images s'effectue généralement à partir d'images projetées bidimensionnelles de l'objet. Néanmoins, des difficultés surviennent dans cette reconstruction d'images lorsque l'objet est en mouvement, comme c'est le cas pour le coeur. Une autre difficulté que l'on rencontre dans la reconstruction d'images tridimensionnelles à partir d'images bidimensionnelles réside dans la difficulté d'appariement entre les images, c'est-à-dire le fait de pouvoir repérer avec le minimum d'erreur les mêmes éléments de l'objet, par exemple certains vaisseaux, d'une image à l'autre. La difficulté est encore accrQe ici du fait du mouvement de l'objet, par exemple le coeur. Certaines techniques de reconstruction nécessitent l'intervention de l'utilisateur, en l'espèce le médecin, pour résoudre plus facilement les problèmes d'appariement. L'invention vise à résoudre ces problèmes et à proposer une reconstruction d'images d'un objet en mouvement entièrement automatique, et qui nécessite une interaction minimale, voire nulle, avec le médecin. L'invention propose donc un procédé de reconstruction d'une image tridimensionnelle d'un objet animé d'un mouvement sensiblement cyclique, par exemple les vaisseaux du coeur humain, dans lequel on effectue pendant une durée d'acquisition s'étendant sur plusieurs cycles du mouvement de l'objet, une acquisition d'une pluralité d'images radiographiques numériques initiales à partir d'un appareillage de prise de vue en rotation autour de l'objet. On sélectionne respectivement dans des cycles successifs, des images initiales ayant la même occurence temporelle au cours de chaque cycle de façon à former un groupe d'images associé à cette même occurence temporelle. On forme plusieurs groupes différents d'images initiales correspondant respectivement à plusieurs occurences temporelles différentes. On reconstruit à partir de chaque groupe d'images initiales et d'un algorithme itératif de reconstruction d'images, une représentation tridimensionnelle intermédiaire de l'objet. On élabore à partir de deux représentations tridimensionnelles intermédiaires correspondant à deux occurences temporelles successives une loi de déformation spatiale entre les deux représentations tridimensionnelles intermédiaires, et on reconstruit une représentation tridimensionnelle finale de l'objet à partir des images initiales successivement acquises, des lois de déformation spatiales successivement élaborées, et d'un algorithme itératif de reconstruction d'images. L'invention permet donc d'obtenir en final une représentation tridimensionnelle de l'objet qui tient compte de son mouvement. On peut alors aisément fournir à l'utilisateur, en l'espèce le médecin, sur son écran, une image bidimensionnelle projetée de cet objet à partir de la représentation tridimensionnelle finale que l'on a obtenue. Par ailleurs, compte-tenu que l'on a par ailleurs élaboré des lois ou modèles de déformation spatiale successives correspondant à des occurences temporelles différentes, on peut également fournir à l'utilisateur, par exemple le médecin, des images bidimensionnelles projetées de l'objet, et notamment de certains vaisseaux, à des instants temporels successifs. En d'autres termes, le procédé selon l'invention permet la reconstruction d'une image en "quatre" dimensions, à savoir une image tridimensionnelle affectée en outre d'un paramètre temporel. La sélection, dans les cycles successifs, des images ayant la même occurence temporelle peut s'effectuer en utilisant un signal auxiliaire de commande représentatif du mouvement cyclique de l'objet. Ainsi, on pourra utiliser un signal physiologique comme par exemple un électrocardiogramme représentatif du mouvement du coeur et permettant de déterminer avec précision les cycles du mouvement cardiaque. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre, non limitatif, et des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 illustre une acquisition d'images radiographiques numériques selon l'invention dans une application cardiaque, et - les figures 2 à 4 illustrent très schématiquement les différentes étapes permettant l'obtention de la représentation tridimensionnelle finale de l'objet. Bien que l'invention n'y soit pas limitée, on va maintenant décrire l'application du procédé selon l'invention à la reconstruction d'une image de vaisseaux VS du coeur OBJ d'un patient. Sur la figure 1, les références PVi désignent différentes prises de vue acquises par la rotation Rot autour de la poitrine du patient d'une source à rayons X (non représentée ici à des fins de simplification). Chaque image initiale acquise IMi est obtenue à partir d'un détecteur de rayonnement bi-dimensionnel, par exemple du type amplificateur de luminence utilisé en radiologie, disposé en vis-à-vis du tube à rayons X dans un plan de projection. Dans le cas d'un système d'imagerie à rayons X composé d'une source de rayons X et d'un détecteur bidimensionnel, l'opération géométrique intervenant dans la production de l'image acquise est une projection conique d'un objet analysé, déployé dans un espace à trois dimensions, sur un espace à deux dimensions qui est celui du plan de projection correspondant au plan de d6tection. La calibration d'un système d'imagerie, c'est-à-dire l'op6ration qui aboutit à la connaissance indirecte pr6cise des paramètres géométriques qui interviennent dans la production d'une image est classique et bien connue de l'homme du m6tier. Comme illustr6 sur la figure 1, on effectue une acquisition continue pendant une durée pr6déterminée, par exemple 5 secondes, correspondant à 5 cycles CYC1-CYC5 du mouvement du coeur. Avec une vitesse d'acquisition de 10 images par seconde, on obtient donc sensiblement 10 images initiales acquises par cycle du mouvement cardiaque. Les cycles du mouvement cardiaque sont rep6rés en utilisant un signal auxiliaire de commande ECG, qui peut être en l'espèce un électrocardiogramme. On détermine ainsi notamment les phases de sistole et de diastole du mouvement du coeur. Une fois que l'acquisition des images initiales a ét6 effectuée, on sélectionne dans chaque cycle, une image initiale dont l'occurence temporelle est la même pour tous les cycles. On sélectionne par exemple la première image initiale IM1 après le début du cycle du mouvement cardiaque. On obtient alors 5 images initiales IM1 (figure 2) à partir desquelles on effectue une reconstruction d'une repr6sentation tridimensionnelle interm6diaire des vaisseaux VS du coeur en utilisant un algorithme it6ratif de reconstruction d'images. Le principe d'un tel algorithme itératif algébrique de reconstruction d'images est parfaitement connu de l'homme du métier et a fait d6jà l'objet de nombreuses publications. On citera notamment l'article de Gordon, Bender, et Herman intitulé6 "Algebraic reconstruction technique for tridimensional electron microscopy and X-ray photography", Journal of Theol. Biol. 29, pages 9471 à 781 (1970) ou encore les demandes de brevets français Nos. 89 03606 ou 89 16906. On peut également mettre en oeuvre le procédé de reconstruction d'une image tridimensionnelle d'un objet tel que décrit dans la demande de brevet français No. 2 752 975. L'homme du métier pourra se référer à ces documents de l'art antérieur pour plus de précisions concernant un mode de mise en oeuvre de l'algorithme de reconstruction d'images et/ou la phase de calibration de l'appareillage de prises de vue. A l'issue de cette étape de reconstruction intermédiaire, on obtient une première représentation tridimensionnelle intermédiaire des vaisseaux sanguins du coeur RT1. On effectue les mêmes opérations avec les image IM2, chaque image initiale IM2 du cycle étant la deuxième image initiale acquise après le début du cycle. On obtient alors une deuxième représentation tridimensionnelle intermédiaire RT2. On effectue de préférence les mêmes opérations pour chaque image du cycle de façon à obtenir finalement dans le cas présent 10 représentations intermédiaires tridimensionnelles. L'étape suivante consiste, comme illustré sur la figure 3, à élaborer pour deux représentations tridimensionnelles intermédiaires successives RT1 et RT2 par exemple, une loi de déformation spatiale permettant d'établir un modèle de déformation entres les deux représentations tridimensionnelles RT1 et RT2. On effectue d'une façon générale les mêmes opérations de façon à obtenir entre deux représentations intermédiaires successives RTi et RTj un modèle de déformation géométrique LDIj. A titre indicatif, une façon d'obtenir une telle loi de déformation spatiale, représentative du mouvement du coeur entre deux occurences temporelles successives peut s'effectuer par une technique classique de suivi d'éléments d'intérêt (par exemple un vaisseau spécifique) entre les différentes représentations tridimensionnelles successives. De telles techniques d'appariement sont par exemple décrites dans l'article de Singh A. et Allen P.K. intitulé "Image flow computation: an estimation theoretic Framework and a unified perspective", Computer Vision Graphics and Image Processing, Vol. 56, numéro 2, septembre 1992, pages 152-177. L'homme du métier pourra éventuellement s'y référer. Une fois que l'on a obtenu toutes les lois de déformation spatiales, on reconstruit une représentation tridimensionnelle finale RTF des vaisseaux du coeur en appliquant l'algorithme itératif de reconstruction d'images et en utilisant cette fois-ci toutes les images initiales acquises IMi au cours de la durée totale d'acquisition. Par ailleurs, l'algorithme itératif de reconstruction d'images va successivement prendre en compte, d'une image initiale à l'autre, la loi de déformation spatiale correspondante précédemment élaborée de façon à obtenir en final une représentation correcte des vaisseaux du coeur compte-tenu du mouvement de celui-ci. D'un point de vue matériel, outre l'appareillage classique de prises de vue, le dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé comporte un ordinateur implémentant les différents moyens logiciels tels que l'algorithme itératif de reconstruction d'images et équipé d'un écran pour la visualisation des images projetées finales obtenues à partir de la représentation tridimensionnelle finale. Par ailleurs, alors qu'on a pris en compte toute les images initiales du cycle pour élaborer autant de représentations tridimensionnelles intermédiaires, on n'aurait pu en prendre qu'une sur deux, ou une sur trois pour élaborer moins de représentations intermédiaires. Ceci aurait néanmoins conduit à des lois de déformation spatiales moins précises. REVENDICATIONS 1. Procédé de reconstruction d'une image tridimensionnelle d'un objet animé d'un mouvement sensiblement cyclique, dans lequel on effectue pendant une durée d'acquisition s'étendant sur plusieurs cycles du mouvement de l'objet, une acquisition d'une pluralité d'images radiographiques numériques initiales (IMi) à partir d'un appareillage de prises de vues en rotation autour de l'objet, on sélectionne respectivement dans des cycles successifs, des images initiales ayant la même occurence temporelle au cours de chaque cycle de façon à former un groupe d'images associé à cette même occurence temporelle, on forme plusieurs groupes différents d'images initiales correspondant respectivement à plusieurs occurences temporelles différentes, on reconstruit à partir de chaque groupe d'images initiales et d'un algorithme itératif de reconstruction d'images, une représentation tridimensionnelle intermédiaire de l'objet (RTi), on élabore à partir de deux représentations tridimensionnelles intermédiaires correspondant à deux occurences temporelles successives une loi de déformation spatiale (LDIj) entre les deux représentations tridimensionnelles intermédiaires, et on reconstruit une représentation tridimensionnelle finale de l'objet à partir des images initiales successivement acquises, des lois de déformation spatiales successivement élaborées et d'un algorithme itératif de reconstruction d'image. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on sélectionne dans des cycles successifs des images ayant la même occurence temporelle en utilisant un signal auxiliaire de commande (ECG) représentatif du mouvement cyclique de l'objet.