Brevet FR2942124A1 — publié le 20100820

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé et un dispositif d'imagerie 5 radiologique, destiné à des applications de chirurgie vasculaire guidée par fluoroscopie. ETAT DE LA TECHNIQUE 10 Durant une opération de chirurgie vasculaire, le chirurgien introduit dans les vaisseaux sanguins des instruments (tels que des guides, des cathéters, des stents) et les déplace jusqu'à la lésion à traiter. Pour pouvoir guider le déplacement des instruments au cours de l'opération, le chirurgien se réfère à des images de la zone à traiter. Ces 15 images comprennent d'une part une image de la cartographie des vaisseaux sanguins (appelée � roadmap �) acquise préalablement à l'opération et une image fluoroscopique acquise en temps réel au cours de l'opération, cette image fluoroscopique faisant apparaître les instruments et des structures de fond (tels que les os et les tissus mous) de la zone à 20 traiter. Des techniques ont été proposées pour représenter sur une même image la position des instruments et une cartographie des vaisseaux sanguins, de manière à ce que le chirurgien puisse visualiser directement la position des instruments par rapport aux vaisseaux sanguins. 25 Le document EP 0 463 533 Al décrit un procédé d'acquisition d'images en vue d'une opération d'angioplastie coronaire transluminale percutanée (PTCA), consistant à acquérir et stocker une image opacifiée, et acquérir une image fluoroscopique en temps réel. L'image opacifiée et l'image temps réel sont superposées en une seule et même image et 30 l'image superposée obtenue est affichée sur un écran pour pouvoir être visualisée par le radiologue. Ce document indique que le radiologue peut régler la superposition en modifiant les poids attribués à chaque image dans la superposition. Par exemple, si le radiologue est exclusivement intéressé 1 par les informations fluoroscopiques, les poids des images peuvent être réglés pour que l'information temps réel domine dans l'image affichée. Si le radiologue est également intéressé par les informations de cartographie, les poids des images peuvent être réglés de sorte que les informations fluoroscopiques et cartographiques soient à la fois présentes dans l'image affichée. Cependant, le procédé décrit dans ce document ne permet pas de pondérer séparément les structures de fond et les instruments qui apparaissent dans l'image fluoroscopique. Or les structures de fond peuvent présenter une densité telle que ces structures rendent difficile la visualisation des instruments ou des vaisseaux dans l'image finale affichée. Le document FR 2 848 809 Al décrit un procédé d'aide à la navigation vasculaire, selon lequel un premier masque (PO) représentant des structures dites de fond et des vaisseaux sanguins, un deuxième masque (M) présentant seulement des structures dites de fond, et une image (IL) acquise en direct, sont combinées de manière à produire une image à visualiser (Iv). La combinaison permet de produire une image à visualiser (Iv) dans laquelle apparaissent uniquement la cartographie des vaisseaux sanguins et les instruments. Ce document prévoit en particulier que le premier et le deuxième masques sont déterminés à partir d'une série d'images (In) acquises au cours d'une première étape qui précède l'introduction des instruments au sein des vaisseaux sanguins et durant laquelle un produit de contraste est injecté dans les vaisseaux sanguins. Cependant, ce procédé requiert l'injection de produit de contraste en début d'opération. Or il est souhaitable de réduire au maximum les doses de produits de contraste administrées au patient. Pour éviter d'avoir recours à une injection de produit de contraste en début d'intervention, l'invention vise à tirer parti d'images de diagnostic 30 déjà disponibles. En effet, des images de diagnostic faisant apparaître les vaisseaux sanguins sont couramment acquises et enregistrées au cours d'une phase préparatoire, préalable à l'intervention chirurgicale. Ces images sont obtenues par des techniques d'angiographie à soustraction numérique (DSA) et permettent au chirurgien de repérer la lésion à traiter et d'établir un processus d'intervention. Ces images de diagnostic présentent généralement une très bonne qualité du fait qu'elles sont acquises en soumettant la zone à traiter à une dose de rayonnement importante (supérieure à la dose de rayonnement émise pour acquérir des images fluoroscopiques en temps réel). Il s'avère toutefois difficile d'obtenir une image finale satisfaisante en soustrayant les images fluoroscopiques temps réel aux images de diagnostic. En effet, ces images ayant été acquises avec des spectres de rayonnement différents, leur soustraction génère inévitablement des artéfacts dans l'image composite finale. Or de tels artéfacts ne sont pas acceptables pour le chirurgien. Une solution pouvant être envisagée consisterait à appliquer aux images fluoroscopiques temps réel et aux images de diagnostic un prétraitement afin d'ajuster leurs niveaux de gris. Cependant, ce type de prétraitement est complexe à mettre en oeuvre et ne conduit pas nécessairement à un résultat satisfaisant. PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un procédé d'imagerie radiologique permettant de générer en temps réel une image de guidage présentant à la fois les vaisseaux sanguins et l'outil, en utilisant une ou plusieurs images de diagnostic préenregistrées. Ce problème est résolu dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé d'imagerie radiologique d'une zone d'intérêt incluant des vaisseaux sanguins, comprenant des étapes de : - acquérir une image fluoroscopique en temps réel de la zone d'intérêt en exposant la zone d'intérêt à une première dose de rayons X, l'image fluoroscopique présentant des structures de fond et au moins un instrument introduit dans les vaisseaux, - soustraire à l'image fluoroscopique acquise en temps réel, une image de masque, pour générer une image fluoroscopique soustraite présentant uniquement l'instrument, - combiner l'image fluoroscopique soustraite et une image de diagnostic préenregistrée de la zone d'intérêt présentant uniquement les vaisseaux sanguins, pour générer une image combinée présentant à la fois les vaisseaux sanguins et l'instrument, - afficher l'image combinée sur un écran pour permettre une visualisation, dans lequel l'image de masque est déterminée à partir d'au moins une image fluoroscopique acquise préalablement à l'introduction de l'instrument dans les vaisseaux en exposant la zone à une dose de rayons X équivalente à la première dose. Du fait que l'image de masque a été obtenue avec une dose de rayons X équivalente à la dose utilisée pour l'acquisition de l'image fluoroscopique temps réel, l'étape de soustraction génère peu d'artéfacts. Il est ainsi possible de produire une image fluoroscopique soustraite de bonne qualité. L'étape de soustraction ne nécessite pas d'étape complexe de prétraitement des images. Le procédé proposé permet ainsi de combiner l'image fluoroscopique soustraite présentant uniquement l'instrument à une image de diagnostic préalablement acquise présentant uniquement les vaisseaux. Cela évite d'avoir recours à une injection de produit de contraste pendant la phase d'intervention. L'image fluoroscopique acquise préalablement à l'introduction de l'instrument est également acquise sans injection de produit de contraste. De plus, le procédé proposé permet de régler la pondération des instruments et des vaisseaux apparaissant dans l'image combinée, indépendamment des structures de fond. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'image de diagnostic préenregistrée a été obtenue en exposant la zone à une deuxième dose de rayons X, supérieure à la première dose. C'est le cas, lorsque l'image de diagnostic est issue d'une séquence de diagnostic DSA. Dans un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend des étapes préalables de : - acquérir une série d'images fluoroscopiques, préalablement à l'introduction de l'instrument dans les vaisseaux sanguins, - filtrer la série d'images fluoroscopique pour générer l'image de masque. En particulier, l'étape d'acquisition de la série d'images fluoroscopiques est réalisée en début d'intervention, pendant une durée brève de l'ordre d'une seconde, qui précède l'introduction de l'instrument dans les vaisseaux sanguin. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'étape de combinaison comprend l'addition de l'image fluoroscopique soustraite, de l'image de diagnostic préenregistrée et d'une image représentant uniquement les structures de fond, chaque image étant affectée d'un coefficient de pondération réglable. Cela permet d'insérer, si nécessaire, dans l'image combinée un aperçu des structures de fond. En effet, ces structures peuvent constituer des repères anatomiques utiles pour situer l'instrument. Dans un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend également des étapes de : - comparer l'image de masque avec une image des structures de fond préenregistrée, - estimer un mouvement de la zone d'intérêt en fonction de la comparaison, - recaler l'image de diagnostic préenregistrée en fonction du 25 mouvement estimé. L'invention se rapporte également à un dispositif d'imagerie radiologique comprenant : - une source de rayons X apte à émettre des rayons X selon une première dose, 30 - un détecteur apte à recevoir des rayons X émis par la source et à générer des données d'image fluoroscopique en temps réel représentatives d'une zone d'intérêt positionnée entre la source et le détecteur, - une unité de traitement apte à recevoir les données d'image et programmée pour exécuter les étapes du procédé d'imagerie défini précédemment, de manière à générer une image combinée présentant à la fois des vaisseaux sanguins inclus dans la zone d'intérêt et au moins un instrument introduit dans les vaisseaux sanguins, et - des moyens d'affichage pour afficher l'image combinée sur un écran pour permettre une visualisation. PRESENTATION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 représente de manière schématique un dispositif d'acquisition d'image conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente de manière schématique des étapes d'une première phase d'un procédé d'imagerie conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 représente de manière schématique des étapes d'une 20 deuxième phase d'un procédé d'imagerie conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est un diagramme schématique illustrant le traitement des images opérées par le procédé. 25 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE REALISATION Sur la figure 1, le dispositif 10 représenté comprend un bras rotatif 11 (bras en C), une source 12 fixée à une extrémité du bras rotatif et apte à émettre un rayonnement 13 et un détecteur 14 fixé à une autre extrémité du 30 bras rotatif et apte à recevoir le rayonnement émis par la source. Le dispositif 10 comprend également un support 15 sur lequel peut être disposé un patient, le support étant agencé de sorte qu'une zone d'intérêt 16 du patient se trouve entre la source 12 et le détecteur 14. Ainsi, le détecteur 14 reçoit des rayons X émis par la source 12 après que ces rayons X aient traversé la zone d'intérêt 16. Le dispositif d'acquisition 10 comprend une unité de commande 17 apte à commander un déplacement du bras rotatif 11 en différentes positions et à commander la source 12 pour qu'elle émette un rayonnement présentant un niveau d'énergie contrôlé. Le dispositif d'acquisition 10 comprend également une unité informatique de traitement 18 apte à recevoir et traiter des données d'image acquises par le détecteur 14. Le détecteur 14 est apte à générer et à transmettre à l'unité de traitement 18 une image de projection sous la forme de données comprenant un ensemble de pixels et pour chaque pixel un niveau de gris associé. Le niveau de gris est représentatif de l'atténuation des rayons X ayant traversé les différentes structures localisées dans la zone d'intérêt 16. Enfin, le dispositif d'acquisition 10 comprend une unité de mémoire 19 dans laquelle peuvent être enregistrées des données d'images, un dispositif d'affichage 120 incluant un écran pour afficher des images à visualiser ainsi que des moyens d'interface 121 permettant au chirurgien de commander les moyens de traitement 18. Les moyens de traitement 18 sont programmés pour exécuter automatiquement des étapes d'un procédé d'imagerie conforme à un mode de réalisation de l'invention. Les figures 2 et 3 représentent différentes étapes du procédé d'imagerie. Le procédé d'imagerie comprend deux phases principales : une première phase préparatoire 20, illustrée sur la figure 2, et une deuxième phase 30 de visualisation en temps réel, illustrée sur la figure 3. Les deux phases peuvent être espacées dans le temps, mais sont exécutées avec le même dispositif d'acquisition. La première phase 20 a pour but d'acquérir une série d'images des vaisseaux sanguins dans la zone d'intérêt. Cette série d'images permet au chirurgien de visualiser les vaisseaux sanguins pour repérer la lésion à traiter et établir un processus d'intervention. La première phase 20 comprend les étapes suivantes : Selon une première étape 21, l'unité de commande positionne la source en une position donnée de manière à ce que la source éclaire la zone d'intérêt. Selon une deuxième étape 22, la source étant maintenue dans la position donnée, l'unité de commande active la source pour que la source émette un rayonnement présentant une haute énergie. Simultanément, le détecteur acquiert des données d'image et transmet les données acquises à l'unité de traitement. Les données d'image comprennent une série d'images projetées de la zone d'intérêt, sans produit de contraste présentant des structures de fond (os, tissus mous). Selon une troisième étape 23, l'unité de traitement enregistre la première série d'images acquises dans l'unité mémoire. Selon une quatrième étape 24, un produit de contraste est injecté 15 dans les vaisseaux sanguins localisés dans la zone d'intérêt. Selon une cinquième étape 25, l'unité de commande poursuit l'activation de la source pour que la source émette un rayonnement présentant une haute énergie. Simultanément, le détecteur poursuit l'acquisition des données 20 d'image et transmet les données d'image à l'unité de traitement. Les données d'image comprennent une série d'images projetées de la zone d'intérêt présentant d'une part des structures de fond (os, tissus mous) et d'autre part les vaisseaux sanguins qui ont été intensifiés grâce à la présence du produit de contraste. 25 Selon une sixième étape 26, l'unité de traitement enregistre la deuxième série d'images acquises dans l'unité mémoire. Selon une septième étape 27, l'unité de traitement soustrait à la première série d'images acquise sans produit de contraste, la deuxième série d'images suivante acquise avec produit de contraste. 30 Cette septième étape conduit à l'obtention d'une série d'images projetées présentant uniquement les vaisseaux sanguins. Selon une huitième étape 28, l'unité de traitement enregistre la série d'images représentant les vaisseaux sanguins dans l'unité mémoire. La deuxième phase 30 du procédé est réalisée pendant l'intervention chirurgicale. Cette deuxième phase a pour but d'afficher en direct une image présentant simultanément les structures de fond, les vaisseaux sanguins ainsi que le ou les instruments introduit(s) dans les vaisseaux sanguins. Selon une première étape 31, le chirurgien définit le positionnement dans l'espace du dispositif d'acquisition. A cet effet, le chirurgien commande l'unité de traitement à l'aide des moyens d'interface pour positionner le dispositif selon une position d'acquisition correspondant à la position donnée d'acquisition de la source lors de la première phase. Selon une deuxième étape 32, les moyens de commande activent la source pour que la source émette un rayonnement présentant une faible énergie. Selon une troisième étape 33, au cours d'une brève période (de durée inférieure ou égale à une seconde) préalable à l'introduction du ou des instrument(s) dans les vaisseaux sanguins, le détecteur acquiert des données d'image et transmet les données à l'unité de traitement. Les données d'image comprennent une série d'images fluoroscopiques de la zone d'intérêt présentant les structures de fond (os, tissus mous) acquises successivement pendant la brève période. Selon une quatrième 34, l'unité de traitement détermine à partir de la série d'images fluoroscopiques, une image de masque fluoroscopique. L'image de masque fluoroscopique est déterminée en appliquant à la série d'images fluoroscopiques un filtre spatio-temporel, permettant de réduire le bruit dans l'image de masque fluoroscopique. Le filtre spatio-temporel réalise deux opérations : Selon une première opération, un filtre spatial est appliqué à chaque image de manière indépendante. Cette première opération de filtrage consiste par exemple à attribuer à chaque pixel de l'image un niveau de gris moyen égal à une moyenne pondérée des niveaux de gris des pixels situés dans un voisinage du pixel considéré. D'autres filtres spatiaux peuvent être mis en oeuvre, tels qu'un filtre médian ou un filtre adaptatif, par exemple un filtre adaptatif. Selon une deuxième opération, un filtre temporel est appliqué à la série d'images. Cette deuxième opération de filtrage consiste par exemple à attribuer à chaque pixel de l'image de masque fluoroscopique un niveau de gris égal à la moyenne des niveaux de gris des pixels correspondants dans les différentes images de la série. Bien entendu, les première et deuxième opérations peuvent être réalisées dans un ordre différent. Puis, le chirurgien introduit un ou des instruments dans les vaisseaux sanguins de la zone à traiter. Selon une cinquième étape 35, le détecteur acquiert des données d'image et transmet les données à l'unité de traitement. Les données d'image comprennent une image fluoroscopique de la zone d'intérêt acquise en direct et présentant d'une part les structures de fond et le ou les instrument(s) introduits dans les vaisseaux. Selon une sixième étape 36, l'unité de traitement soustrait à l'image fluoroscopique acquise en direct, l'image fluoroscopique de masque. Cette étape permet de générer une image fluoroscopique soustraite présentant uniquement l'instrument, les structures de fond ayant été éliminées. Du fait que l'image fluoroscopique temps réel et l'image fluoroscopique de masque ont été acquises avec les mêmes doses de rayons X, l'image fluoroscopique soustraite présente peu d'artéfacts. En parallèle, selon une septième étape 37, l'unité de traitement sélectionne une image des vaisseaux sanguins (appelée � roadmap �) à partir de la série d'images représentant les vaisseaux sanguins enregistrée dans l'unité mémoire. Et selon une huitième étape 38, l'unité de traitement sélectionne une image des structures de fond à partir de la série d'images également enregistrée dans l'unité mémoire. Selon une neuvième étape 39, l'unité de traitement génère une image combinée à partir de l'image sélectionnée des vaisseaux sanguins, de l'image sélectionnée des structures de fond et de l'image fluoroscopique soustraite de l'outil. L'opération de combinaison consiste en une somme pondérée de ces trois images, sous la forme : Image combinée =p.11+2'12+ 8'13 où /. représente les données d'image des vaisseaux sanguins, /2 représente les données d'image des structures de fond, /3 représente les données d'image fluoroscopique soustraite de l'outil, et p , À et 8 sont les coefficients de pondération affectés à chaque image /1, /2 et /3. Les coefficients de pondération p , À et 8 peuvent être réglés par le chirurgien pour faire ressortir plus ou moins dans l'image combinée les vaisseaux sanguins, les structures de fond ou les instruments. Ainsi, les intensités des vaisseaux sanguins, des structures de fond et des instruments peuvent être ajustées de manière indépendante en fonction des besoins de la visualisation. Les coefficients de pondération p , À et 8 sont par défaut des réels compris entre 0 et 1. Toutefois, la valeur de ces coefficients peut être supérieure à 1, si par exemple le chirurgien désire une amplification. L'opération d'addition avec les coefficients s'effectue pixel par pixel. Le coefficient À associé à l'image des structures de fond peut être égal à 0 de manière à ce que l'image combinée ne présente que les vaisseaux sanguins et l'instrument. Cependant, il peut être nécessaire de faire également apparaître dans l'image finale un aperçu des structures de fond, si le chirurgien souhaite repérer la position des instruments par rapport à certains repères anatomiques. Dans ce cas, le coefficient À est choisi non-nul. Selon une dixième étape 310, l'unité de traitement commande l'affichage de l'image combinée sur l'écran d'affichage pour permettre une visualisation par le chirurgien. Par ailleurs, comme illustré sur la figure 4, l'unité de traitement peut compenser des petits mouvements du patient pendant l'intervention. A cet effet, l'unité de traitement compare l'image des structures de fond avec l'image fluoroscopique de masque et estime un mouvement du patient. L'unité de traitement calcule un repositionnement ou un recalage de l'image des vaisseaux sanguins en fonction du mouvement estimé. Le procédé qui vient d'être décrit prévoit que les opérations de soustraction s'effectuent uniquement entre des images acquises avec la même dose de rayons X. Cela permet d'éviter de générer des artéfacts dus à une sensibilité de certaines structures à la dose de rayons (qui se traduit par un coefficient d'absorption qui varie en fonction de l'énergie du rayonnement). Le procédé élimine le besoin de recourir à un ajustement des images acquises à forte dose et à faible dose, puisque l'étape de combinaison est appliquée à des images soustraites débarrassée des structures sensibles. Ce procédé permet de générer une image combinée de bonne qualité. La phase DSA (première phase) peut être réalisée avec un champ de vision (FOV) différent du champ de vision de la phase de fluoroscopie interventionnelle (deuxième phase) puisque l'étape de combinaison est réalisée à partir d'une image fluoroscopique temps réel (/3) et des images (/1 et /2) qui peuvent être adaptées à volonté (agrandissement, cadrage, etc.). Les différents gains p , À et 8 peuvent être modifiés en fonction des préférences du chirurgien au cours de l'intervention. REVENDICATIONS1. Procédé d'imagerie radiologique d'une zone d'intérêt incluant des vaisseaux sanguins, comprenant des étapes de : - (35) acquérir une image fluoroscopique en temps réel de la zone d'intérêt en exposant la zone d'intérêt à une première dose de rayons X, l'image fluoroscopique présentant des structures de fond et au moins un instrument introduit dans les vaisseaux, - (36) soustraire à l'image fluoroscopique acquise en temps réel, 10 une image de masque, pour générer une image fluoroscopique soustraite présentant uniquement l'instrument, - (39) combiner l'image fluoroscopique soustraite (/3) et une image de diagnostic préenregistrée (/1) de la zone d'intérêt présentant uniquement les vaisseaux sanguins, pour générer une image combinée présentant à la 15 fois les vaisseaux sanguins et l'instrument, - (310) afficher l'image combinée sur un écran pour permettre une visualisation, dans lequel l'image de masque est déterminée à partir d'au moins une image fluoroscopique acquise préalablement à l'introduction de 20 l'instrument dans les vaisseaux en exposant la zone à une dose de rayons X équivalente à la première dose. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'image de diagnostic préenregistrée (/1) a été obtenue en exposant la zone à une 25 deuxième dose de rayons X, supérieure à la première dose. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'image fluoroscopique acquise préalablement à l'introduction de l'instrument est acquise sans injection de produit de contraste. 4. Procédé selon l'une des revendications qui précèdent, comprenant des étapes préalables de : 30- (33) acquérir une série d'images fluoroscopiques, préalablement à l'introduction de l'instrument dans les vaisseaux sanguins, - (34) filtrer la série d'images fluoroscopique pour générer l'image de masque. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'étape (33) d'acquisition de la série d'images fluoroscopiques est réalisée pendant une durée brève de l'ordre d'une seconde, qui précède l'introduction de l'instrument dans les vaisseaux sanguins. 10 6. Procédé selon l'une des revendications qui précèdent, dans lequel l'étape de combinaison (39) comprend l'addition de l'image fluoroscopique soustraite, de l'image de diagnostic préenregistrée (/1) et d'une image représentant uniquement les structures de fond (/2 ), chaque 15 image étant affectée d'un coefficient de pondération réglable. 7. Procédé selon l'une des revendications qui précèdent, comprenant des étapes de : - comparer l'image de masque avec une image des structures de 20 fond préenregistrée, - estimer un mouvement de la zone d'intérêt en fonction de la comparaison, - recaler l'image de diagnostic préenregistrée (/1) en fonction du mouvement estimé. 25 8. Dispositif d'imagerie radiologique comprenant : - une source (12) de rayons X apte à émettre des rayons X selon une première dose, - un détecteur (14) apte recevoir des rayons X émis par la source et 30 à générer des données d'image fluoroscopique en temps réel représentatives d'une zone d'intérêt positionnée entre la source et le détecteur,5- une unité de traitement (18) apte à recevoir les données d'image et programmée pour exécuter les étapes du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 7 de manière à générer une image combinée présentant à la fois des vaisseaux sanguins inclus dans la zone d'intérêt et au moins un instrument introduit dans les vaisseaux sanguins, et - des moyens d'affichage (120) pour afficher l'image combinée sur un écran pour permettre une visualisation.