Brevet FR2916957A1 — publié le 20081212

PROCEDE ET SYSTEME DE RECALAGE D'IMAGES DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de recalage d'images en temps réel. Elle trouve notamment avantageusement application pour le recalage d'images 3D/3D ou 3D/2D acquises sur un système d'angiographie, pour le recalage d'images 3D/3D acquises sur un système scanner (à rayons X, à résonance magnétique ou à ultrasons), ou encore pour le recalage d'images 3D/3D ou 3D/2D acquises sur un système scanner (à rayons X, à résonance magnétique ou à ultrasons) et un système d'angiographie. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION En imagerie médicale, et notamment dans le cadre de la radiologie 15 interventionnelle, il peut être utile d'acquérir des images à partir de deux systèmes différents. En effet, dans une étape préopératoire, on peut être amené à réaliser un scan de l'organe du patient sur lequel l'opération est prévue. On peut utiliser à cet effet le scanner X (également désigné par l'abréviation CT û pour Computed Tomography 20 selon la terminologie anglo-saxonne), qui permet d'obtenir une pluralité de coupes fines de la région observées qui sont ensuite combinées pour en former une image 3D. Dans cette étape préopératoire, on peut également utiliser des images diagnostiques 2D (projectives) ou 3D (en coupe) acquises sur un système 25 d'angiographie. Cette étape permet au praticien de définir le chemin que devra suivre l'outil pour atteindre la région cible sans endommager au passage des organes voisins. Ensuite, au cours de l'intervention, c'est-à-dire pendant l'introduction de l'outil puis l'intervention sur la région cible elle-même, il est utile pour le praticien de vérifier 30 la position de l'outil et la manière dont la région cible est affectée. A cet effet, on utilise un système d'imagerie dont le rôle est d'aider le praticien au guidage de l'outil. 2 Le système d'imagerie utilisé peut être le même que celui utilisé dans l'étape préopératoire, ou un système différent. Par exemple, on peut citer le cas d'une intervention d'embolisation de tumeurs du foie, dans laquelle on combine le scanner X en phase préopératoire et l'angiographie pendant la phase peropératoire. Un autre exemple est l'ablation d'une tumeur cancéreuse du foie, par radio-fréquence, où le scanner X est utilisé à la fois en phase préopératoire et en phase peropératoire. Lors du guidage de l'outil, on peut également coupler un système d'imagerie à un système de navigation. Un système de navigation possède des capteurs de positions qui sont attachés aux outils interventionnels ou sont solidaires des mouvements des organes. L'objectif de ces capteurs est de pouvoir localiser en temps réel la position des organes et des outils dans les images 2D ou 3D acquises par le système d'imagerie. Toutefois, ce dispositif ne permet la navigation que dans une même image. Le patient ou l'organe examiné peuvent avoir des mouvements involontaires, comme par exemple les battements cardiaques ou la respiration. Se pose alors le problème de recaler des images acquises à des instants différents. Des méthodes de recalage sont déjà connues de l'homme du métier mais elles sont basées sur l'utilisation de marqueurs radio-opaques collés sur la peau du patient et visibles sur les différentes images, ou encore de marqueurs anatomiques c'est-à-dire de particularités de l'anatomie du patient repérables sur les différentes images. Le procédé de recalage consiste donc à apparier les marqueurs visibles sur les images et les marqueurs collés sur la peau du patient ou les marqueurs anatomiques. Dans ces méthodes, le mouvement du patient est donc détecté par la différence de position des marqueurs visibles sur les différentes images. Le recalage est donc basé uniquement sur le contenu des images. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est donc de proposer une méthode de recalage qui permette de recaler de manière automatique des images en tenant compte des mouvements éventuels de l'organe du patient. Cette méthode doit permettre le 3 recalage d'images prises successivement dans le temps ou encore le recalage d'images prises par des systèmes d'imagerie différents d'un même organe. Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de recalage d'images acquises par au moins un système d'imagerie, comprenant les étapes de : positionnement d'au moins un premier capteur solidaire du système d'imagerie, positionnement d'au moins un deuxième capteur de manière à le rendre solidaire des mouvements d'un organe d'un patient dont on prend au moins deux images, acquisition des positions desdits capteurs lors des acquisitions des images recalage des images en fonction des positions des capteurs. De manière particulièrement avantageuse, lesdits capteurs sont des capteurs électromagnétiques. Selon un mode particulier de réalisation, le deuxième capteur est solidaire d'un 15 outil installé à proximité de l'organe du patient de manière à adopter les mouvements de l'organe. Selon une autre caractéristique de l'invention, les images sont obtenues par des systèmes d'imagerie différents, et plus particulièrement par un système de scanner à rayons X, à résonance magnétique, à ultrasons et/ou un système d'angiographie. 20 Un autre objet de l'invention concerne un système de recalage d'images acquises par un moins un système d'imagerie, comprenant des moyens d'acquisition de la position d'au moins un premier capteur solidaire du système d'imagerie et d'au moins un deuxième capteur solidaire des mouvements d'un organe d'un patient dont on prend au moins deux images, et en ce que le recalage est effectué en fonction des 25 positions desdits capteurs au moment de l'acquisition des images. De préférence, le procédé de recalage décrit ci-dessus sera mis en oeuvre au moyen d'un dispositif de traitement comprenant des moyens pour la mise en oeuvre des étapes du procédé de recalage, tel qu'un ordinateur de type PC comportant une mémoire et une unité de traitement sur laquelle est exécuté un programme 30 d'ordinateur. Ce programme d'ordinateur comprendra notamment un ou plusieurs algorithmes permettant d'exécuter les étapes du procédé décrit précédemment. Un 4 dernier objet de l'invention concerne donc un programme d'ordinateur en tant que tel enregistré sur un support. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre, à partir de l'unique figure annexée sur laquelle on a représenté de manière schématique un dispositif de radiologie interventionnelle dans lequel on pourra mettre en oeuvre le procédé de recalage conforme à l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Dans le domaine de la radiologie interventionnelle, on peut utiliser différents systèmes d'imagerie qui sont bien connus de l'homme du métier et que l'on décrira brièvement. Un système d'imagerie largement utilisé est l'angiographie. Un dispositif d'angiographie comprend typiquement une table sur laquelle est allongé un patient, un tube à rayons X situé sous la table et un détecteur solidaire d'un arceau (ou gantry selon la terminologie anglo-saxonne), l'arceau ayant la forme générale d'un C et étant mobile selon trois axes de rotation. Un tel dispositif permet l'acquisition d'images 2D ou 3D. Dans l'imagerie 2D projective, l'arceau est maintenu à une position déterminée et permet d'acquérir des images soit dans un contexte de diagnostic, soit dans un contexte interventionnel où un cathéter est introduit dans un vaisseau sanguin du patient. Dans l'imagerie diagnostique (mode radiographie), on acquiert une première image, puis on injecte un produit de contraste avant de prendre une deuxième image. La soustraction des deux images permet de visualiser les vaisseaux sanguins. Dans l'imagerie interventionnelle (mode fluoroscopie), on acquiert des images dites fluoroscopiques pendant la pose du cathéter, dans lesquelles on visualise l'emplacement de celui-ci. Par ailleurs, le dispositif d'angiographie permet également d'acquérir des images 3D. On parle alors d'angiographie rotationnelle, dans laquelle l'arceau est déplacé selon une amplitude d'environ 2000 et où l'on acquiert des images selon différentes inclinaisons de l'arceau. Un algorithme de reconstruction tomographique permet 5 d'obtenir une image 3D du système vasculaire du patient. Un autre dispositif d'imagerie bien connu est le scanner X, également appelé, selon la terminologie anglo-saxonne, CT ou Computed Tomography . D'une manière générale, ce type de dispositif comprend un tunnel équipé d'une pluralité de détecteurs, un tube à rayons X et une table sur laquelle est allongé le patient et qui coulisse à l'intérieur du tunnel de manière à prendre plusieurs coupes. Un algorithme de reconstruction permet, à partir des différentes coupes, de reconstruire une image 3D de l'organisme du patient. On va décrire un mode particulier de réalisation de l'invention où l'on utilise ces deux dispositifs d'imagerie et où il est donc nécessaire de recaler les images issues 15 de l'angiographie et les images obtenues par scanner X. En référence à la figure 1, un patient 110 est allongé sur une table 120 qui est commune aux deux systèmes d'imagerie utilisés. La table 120 est formée typiquement d'un plateau 170 mobile en translation selon 3 axes par rapport à une embase fixe 175. 20 Le système d'angiographie 115 comprend un arceau 145 formé d'un bras mobile 150 ayant une forme générale de C. Le bras mobile peut pivoter selon différents axes. L'une des extrémités 165 du bras mobile 150 supporte un détecteur 140 des rayons X atténués après avoir traversé une partie du corps du patient 110. L'autre extrémité 160 du bras mobile 150 supporte une source 135 de rayons X. 25 Un système de scanner X, non représenté sur la figure 1, est installé dans la même salle, de sorte que la table 120 est commune aux deux systèmes d'imageries. Les translations du plateau 170 de la table permettent, sans déplacer le patient, d'acquérir des images avec l'un ou l'autre des systèmes. Le praticien utilise un outil 105 qui peut être par exemple un cathéter, un guide, 30 un sonde, ou tout autre outil approprié pour l'intervention à pratiquer. 6 On utilise un système de navigation 125 qui comprend au moins deux capteurs, l'un étant associé aux systèmes d'imagerie, l'autre au patient, un poste de travail 210 permettant l'acquisition des informations renvoyées par les capteurs et un écran de visualisation 215 qui permet l'affichage des images recalées. Au moins un premier capteur électromagnétique S est fixé de manière rigide à la table d'intervention ou à un point fixe quelconque. Ce capteur est commun au système de scanner X et au système d'angiographie. Au moins un deuxième capteur électromagnétique P est destiné à adopter les mouvements de l'organe du patient dont on souhaite prendre des images, de manière à rendre compte des mouvements de l'organe et à permettre le recalage en tenant compte de ces mouvements. A cet effet, plusieurs solutions sont envisageables pour rendre le capteur P solidaire de l'organe. Une première possibilité est de placer le capteur à l'extérieur du patient, par exemple sur sa peau ou encore sur une vertèbre. Il est également possible d'intégrer au cathéter ou au guide un ou plusieurs microcapteurs ; en effet, le cathéter, étant plaqué contre la paroi du vaisseau dans lequel il est introduit, adopte le mouvement de celui-ci. On considère dans ce cas que le cathéter est solidaire du vaisseau, sans y être fixé. Une autre possibilité est de fixer le capteur P à l'organe, par l'intermédiaire d'une aiguille en forme de harpon sur laquelle est fixé le capteur et qui s'accroche à l'organe. Enfin, on peut également utiliser un système déployable en déposant le capteur à l'endroit souhaité au moyen d'un guide qui est ensuite retiré. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le capteur P est fixé à un cathéter 105. Pour simplifier le schéma, le cathéter est représenté à l'extérieur du corps du patient, mais il va de soi qu'il est destiné à être inséré dans un vaisseau sanguin du patient. Les capteurs électromagnétiques se présentent sous la forme générale de bobines (ou coils selon la terminologie anglo-saxonne). 7 Leur fonctionnement est bien connu de l'homme du métier et ne sera donc pas décrit en détail. Les capteurs sont couplés de manière électromagnétique de sorte que l'on peut mesurer leur position relative dans l'espace. Chacun des capteurs est connecté à un contrôleur qui comprend d'une manière générale un ordinateur associé à une mémoire, l'ordinateur étant apte à exécuter les instructions de programmes enregistrés dans la mémoire pour traiter les données. L'ordinateur peut également être commandé par l'opérateur du système d'imagerie par l'intermédiaire du poste de travail 210. L'ordinateur communique en sortie les données permettant l'affichage des images recalées sur l'écran de visualisation 215. De cette façon, chaque image prise de l'organe peut être recalée par rapport aux autres au moyen de la position tridimensionnelle relevée pour le capteur P par le système de navigation. Pendant l'acquisition des images par les deux systèmes, on collecte les 15 informations spatiales suivantes : la position et l'orientation du capteur S la position et l'orientation du capteur P la position de la table pendant l'acquisition par le système CT la position de la table pendant l'acquisition par rayons X 20 - dans le cas d'une acquisition 2D, la position de l'arceau. Le système de navigation permet de calculer les relations spatiales entre les repères associés à la table, à l'arceau et aux capteurs S et P référencés respectivement 315, 305, 368 et 400. Le recalage se fait de façon simple en ajustant l'image en fonction du 25 déplacement tridimensionnel du capteur. Ainsi par exemple, la matrice permettant de passer d'un système d'acquisition angiographique 3D à un système d'acquisition scanner X (CT) sera donnée par : CT M P7 M G MS = M MG S T3pä 9 une image 3D de la région à traiter par scanner X. Pendant cette acquisition, le système de navigation enregistre la position du capteur P par rapport au capteur S. On procède ensuite à l'embolisation en insérant le matériau adéquat dans le cathéter. Pour suivre le déroulement de cette intervention, on effectue des acquisitions d'images fluoroscopiques 2D, pendant lesquelles le système de navigation enregistre également la position du capteur P par rapport au capteur S. Le procédé de recalage permet de recaler automatiquement l'image préopératoire obtenue par scanner X avec les images fluoroscopiques 2D prises au cours de l'embolisation. Deuxième exemple d'application : recalaqe CT/CT (imaqes obtenues par scanner Un autre exemple d'application du procédé de recalage conforme à l'invention est l'ablation d'une tumeur du foie par radiofréquence. Avant de procéder à l'intervention proprement dite, le patient étant allongé sur la table, on équipe la table d'un capteur électromagnétique S et le foie du patient d'un capteur électromagnétique P. On réalise alors l'acquisition d'une image 3D de la région concernée par scanner X. Pendant cette acquisition, le système de navigation enregistre la position du capteur P par rapport au capteur S. On procède ensuite à l'ablation de la tumeur, qui consiste à introduire une sonde radiofréquence dans la tumeur en se guidant par une technique d'imagerie comme le scanner X, puis, une fois que la sonde est positionnée dans la tumeur, à faire passer un courant de radiofréquence dans la sonde pour chauffer et éliminer le tissu tumoral se situant près de l'extrémité de la sonde. Dans la phase peropératoire, le même système d'imagerie permet d'acquérir des coupes fluoroscopiques de la région d'intérêt. Pendant ces acquisitions, le système de navigation enregistre également la position du capteur P par rapport au capteur S. Le procédé de recalage permet de recaler automatiquement l'image préopératoire 3D sur les coupes scanner (mode fluoroscopique scanner ou mode CT 30 quelques coupes) en tenant compte des mouvements ù notamment respiratoires ù du patient. 10 De plus, l'avantage de ce procédé est que l'on peut visualiser l'outil virtuel dans l'image 3D, ce qui permet de mieux voir la cible à brûler que dans les images fluoroscopiques dans lesquelles l'aiguille et l'électrode métalliques génèrent d'importants artefacts. L'utilisation de ce procédé rend donc l'ablation des tumeurs hépatiques plus rapide et plus sûre. Troisième exemple d'application : recalage 3D/2D (imaqes obtenues par anqioqraphie) Dans le cas d'un système d'angiographie, l'invention permet de fusionner une acquisition 3D avec une acquisition fluoroscopique tout en tenant compte des mouvements. Ainsi, on pourra utiliser le recalage d'images 3D du coeur et d'images 2D dans le cadre de l'ablation d'une fibrillation auriculaire. La fibrillation auriculaire est définie comme la contraction anarchique des oreillettes, qui entraîne une contraction rapide et irrégulière des ventricules situés juste en dessous. Elle peut notamment être traitée par l'insertion, par l'intermédiaire d'un cathéter passant à travers l'oreillette, d'une sonde de radiofréquence au niveau des veines pulmonaires, pour y effectuer un "tir" qui aura pour but de léser une zone placée sous la sonde. Une succession de lésions aura pour but d'isoler les foyers responsables de l'apparition de la fibrillation auriculaire. Comme on l'a vu, l'invention permet donc le recalage d'images obtenues dans différents contextes, tels que : recalage dans le temps de plusieurs images 3D obtenues par angiographie 25 ( recalage 3D/3D ) recalage dans le temps de plusieurs images CT ( recalage CT/CT ) recalage dans le temps de plusieurs images 2D ( recalage 2D/2D ) recalage dans le temps de plusieurs images 3D et 2D ( recalage 3D/2D ) recalage d'images par scanner X avec des images 2D ( recalage CT/2D ). 11 L'invention n'est bien sûr pas limitée aux systèmes d'imagerie évoqués plus haut, mais peut s'appliquer également à des images obtenues à l'aide d'un scanner à résonance magnétique (MR) ou encore un scanner à ultrasons. Par ailleurs, le recalage entre les systèmes de scanner X et d'angiographie ne nécessite l'utilisation d'aucun marqueur sur le patient car les mouvements du patient ou de l'organe sont détectés au moyen de capteurs électromagnétiques. On notera à cet égard que tout capteur permettant de rendre compte des mouvements de l'organe peut être utilisé. Par exemple, à l'extérieur du corps du patient, on peut également employer des capteurs optiques. Le recalage n'utilise donc pas le contenu de l'image, contrairement aux méthodes de l'art antérieur. Enfin, il va de soi que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention. Le champ d'application n'est notamment pas limité à l'imagerie médicale mais à tout domaine technique dans lequel intervient un recalage d'images. Par ailleurs, d'autres types de capteurs tridimensionnels peuvent être utilisés. REVENDICATIONS 1. Procédé de recalage d'au moins deux images d'un organe d'un patient acquises par au moins un système d'imagerie caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : lors des acquisitions des images, acquisition des positions d'au moins un capteur (S) solidaire du système d'imagerie et d'au moins un capteur (P) positionné de manière à être solidaire des mouvements de l'organe, recalage des images en fonction des positions des capteurs (S, P). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits capteurs (S, P) sont des capteurs électromagnétiques. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième capteur (P) est solidaire d'un outil installé à proximité de l'organe du patient de manière à adopter les mouvements de l'organe. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les images sont obtenues par des systèmes d'imagerie différents. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les images sont obtenues par un système de scanner à rayons X, à résonance magnétique, à ultrasons et/ou un système d'angiographie. 6. Système de recalage d'images acquises par un moins un système d'imagerie, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'acquisition de la position d'au moins un premier capteur (S) solidaire du système d'imagerie et d'au moins un deuxième capteur (P) solidaire des mouvements d'un organe d'un patient dont on prend au moins deux images, et en ce que le recalage est effectué en fonction des positions desdits capteurs (S, P) au moment de l'acquisition des images. 7. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code programme enregistré sur un support utilisable dans un ordinateur,caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5.