Brevet FR2960332A1 — publié le 20111125

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine de l'imagerie médicale. Elle concerne plus particulièrement le traitement d'images en radiologie interventionnelle. s Et plus particulièrement, elle concerne un procédé et un système permettant un affichage temps réel de la position d'un outil rectiligne, notamment une aiguille, dans une région d'intérêt d'un patient. ETAT DE LA TECHNIQUE io Au cours d'une intervention chirurgicale un chirurgien doit insérer une aiguille dans une région d'intérêt d'un patient par exemple une aiguille dans la colonne vertébrale du patient. Pour contrôler l'insertion de l'aiguille le chirurgien doit pouvoir visualiser la région d'intérêt ainsi que son outil. 15 Pour ce faire, le chirurgien dispose d'une image tri-dimensionnelle (3D) de la région d'intérêt dans laquelle l'aiguille est visualisée. L'image 3D est obtenue par reconstruction tomographique. L'image 3D de la région d'intérêt est obtenue en procédant à l'acquisition de plusieurs images bi-dimensionnelles (2D) au moyen d'un 20 système d'imagerie médicale à rayons X et en déterminant une image 3D à partir des images 2D acquises. Le suivi doit se faire en temps réel de sorte qu'il est nécessaire d'obtenir des images 3D de la région d'intérêt en temps réel. Un problème est que la détermination de l'image 3D prend du temps. 25 En outre, s'agissant d'images obtenues par tomographie, la détermination de l'image 3D nécessite d'acquérir de nombreuses images 2D de sorte que la dose de rayons X n'est pas négligeable. 30 PRESENTATION DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est d'obtenir une image 3D d'une région d'intérêt d'un patient dans laquelle un outil rectiligne est visualisé sans les inconvénients précités. Pour ce faire, selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de traitement d'images pour l'imagerie interventionnelle dans lequel une image 3D d'un objet est visualisée au moyen d'un système d'imagerie médicale, le système d'imagerie médicale comprenant une source de rayons X et un détecteur. Io Le procédé selon le premier aspect de l'invention comprend les étapes suivantes : acquisition d'une pluralité d'images de projection 2D de l'objet dans lequel un outil rectiligne a été inséré selon une pluralité d'orientations de la chaîne image ; détermination d'une reconstruction 3D de l'outil telle qu'une pluralité de projections 2D de l'image 3D de l'outil selon is respectivement les orientations pour lesquelles les images de projection 2D de l'objet ont été acquises soit les plus proches des images de projection 2D de l'objet acquises ; superposition de la reconstruction 3D de l'outil avec l'image 3D de l'objet de manière à obtenir une image 3D de l'objet avec l'outil. 20 Le procédé selon le premier aspect de l'invention peut en outre être complété par une plusieurs des caractéristiques suivantes : la détermination (200) de la reconstruction 3D de l'outil consiste à déterminer la position 3D complète de l'outil, la position 3D complète étant décrite par la position 3D de l'extrémité de l'outil et 25 par l'orientation de l'outil ; la position 3D de l'extrémité de l'outil est déterminée à partir des images de projection 2D de l'objet d'intérêt acquises ; la position 3D complète de l'outil consiste à minimiser le critère suivant N=argmin(S) avec S=f(S1(N1), S2(N2), ..., Si(Ni)) où N est 30 la position 3D complète de l'outil, Si est un critère 2D pour l'image d'indice i, par exemple la somme de la valeur des pixels de l' l'image 2D dans une région d'intérêt déterminée par Ni, et Ni est la projection de la position de l'outil dans une des images de projection 2D, i variant de 1 à m, m étant le nombre d'images de projection acquise. les images 2D de la région d'intérêt sont filtrées de manière à faire ressortir l'outil du reste de l'image ; l'outil est une aiguille de préférence rigide dont la position 3D est rectiligne. Selon un second aspect, l'invention concerne un système d'imagerie io médicale comprenant une unité de traitement comprenant des moyens pour la mise en oeuvre d'un procédé de traitement selon le premier aspect de l'invention. Selon un troisième aspect, l'invention concerne un programme d'ordinateur comprenant des instructions machine pour la mise en oeuvre is d'un procédé selon le premier aspect de l'invention. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non 20 limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un système d'imagerie médicale conforme à l'invention ; - la figure 2 illustre schématiquement des étapes du procédé selon l'invention ; 25 - la figure 3 illustre une image 3D d'une région d'intérêt d'un objet ; - les figure 4a et 4b illustrent des images de projection 2D d'un outil ; - la figure 5 illustre une image 3D d'une région d'intérêt d'un objet avec un outil selon une première configuration ; 30 - la figure 6 illustre une image 3D d'une région d'intérêt d'un objet avec un outil selon une seconde configuration. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Système d'imagerie médicale Sur la figure 1, le système d'imagerie médicale comprend une source 1 destinée à émettre un faisceau 2 de rayons X, un détecteur 3 disposé en face de la source 1 et configuré pour détecter les rayons émis par la source 1, un support 8 disposé entre la source 1 et le détecteur 3, une unité de Io traitement 4, une unité de stockage 5 et une unité d'interface 6. La source 1 de rayons X et le détecteur 3 sont reliés par un bras 12 en forme de C. Un tel bras 12 est plus communément appelé arceau vasculaire. Le bras 12 peut être orienté selon trois degrés de liberté comme cela is est illustré par les flèches sur la figure 1. C'est l'unité de traitement 4 qui commande la position du bras 12, c'est-à-dire la position de la source 1 de rayons X par rapport au détecteur 3. Le support 8 est destiné à recevoir un patient 7 sur lequel un chirurgien doit pratiquer une opération, telle la vertébroplastie. 20 L'unité de traitement 4 est configurée pour commander l'émission de rayons X par la source 1 et le déplacement de l'arceau vasculaire 12. En outre, l'unité de traitement 4 est configurée pour commander la lecture d'une image par le détecteur 3 et à recevoir des données acquises par le détecteur 3. 25 L'unité de traitement 4 est par exemple un/des ordinateur(s), un/des processeur(s), un/des microcontrôleur(s), un/des micro-ordinateur(s), un/des automate(s) programmable(s), un/des circuit(s) intégré(s) spécifique(s) d'application, d'autres circuits programmables, ou d'autres dispositifs qui incluent un ordinateur tel qu'une station de travail. 30 L'unité de traitement 4 est couplée aux moyens de stockage 5 qui peuvent être intégrés ou séparés de l'unité de traitement 4. Ces moyens peuvent être formés par un disque dur ou tout autre moyen de stockage amovible (un cd-rom, une disquette etc.). Ces moyens de stockage 5 peuvent servir à stocker une image radiologique de la zone à traiter acquise ou traitée. Il peut s'agir d'une mémoire ROM/RAM de l'unité de traitement 4, un CD-ROM, une clé USB, une mémoire d'un serveur central. L'unité de traitement 4 peut comprendre un dispositif de lecture (non représenté) par exemple un lecteur de disquettes ou un lecteur de CD-ROM, pour lire des instructions d'un procédé de traitement d'images radiologiques (qui va être décrit dans la suite) d'un support d'instructions (non montré), comme une io disquette ou un CD-ROM. En variante, l'unité de traitement 4 exécute les instructions du procédé de traitement (qui va être décrit dans la suite) stockées dans des micrologiciels (non représentés). L'unité d'interface 6 comprend un dispositif d'affichage 9. L'unité d'interface 6 permet au chirurgien de contrôler son acte. 15 Plus précisément, au cours de l'opération, le chirurgien visualise sur le dispositif d'affichage 9 une image 3D de la région d'intérêt avec l'outil. Le dispositif d'affichage 9 est par exemple un écran d'ordinateur, un moniteur, un écran plat, un écran plasma ou tout type de dispositif d'affichage connu du commerce. Le dispositif d'affichage 9 permet à un 20 chirurgien de visualiser l'outil dans la région d'intérêt à traiter. Description d'un mode de réalisation du procédé La figure 2 illustre de manière schématique des étapes du procédé. Dans une étape d'initialisation 100, une image 3D 20 d'une région 25 d'intérêt 11 d'un patient 7 dans laquelle une intervention et notamment l'insertion d'une aiguille doit être pratiquée est reconstruite. La figure 3 illustre de manière schématique l'image 3D 20 de la région d'intérêt 11 du patient 7. Cette reconstruction s'effectue par acquisition d'une succession 30 d'images de projection 2D de la région d'intérêt 11 du patient 7 puis par reconstruction tomographique de l'image 3D à partir des images de projection 2D de la région d'intérêt 11 du patient 7. L'image 3D peut être une image de la colonne vertébrale d'un patient. Le chirurgien insère alors l'aiguille 9 dans le patient 7 et veut pouvoir suivre l'insertion de cette dernière dans la région d'intérêt 11. Une fois l'aiguille 9 insérée, une acquisition 200 d'une pluralité d'images 2D de projections est effectuée. L'objectif de cette acquisition 200 est de disposer d'une pluralité d'images de projection 2D de l'aiguille 9. Io Ces images acquises sont acquises selon des orientations différentes de la chaîne image. On précise ici que l'on entend par chaîne image la position de l'arceau 12 dans l'espace qui définie une position de la source 1 de rayons X par rapport au détecteur 3. Les figures 3a et 3b illustrent schématiquement deux images de is projection 2D 40, 50 de l'aiguille 9. Par exemple, entre deux et dix images de projection 2D sont acquises, de préférence deux images. Dans ce qui suit on considère que seulement deux images 2D 40, 50 sont acquises. 20 Ces images de projection 2D acquises permettent de visualiser l'outil et peuvent être filtrées 200' de manière à ce que l'outil soit visible par rapport au reste de l'image. Le filtrage consiste à augmenter la valeur des pixels représentant l'aiguille. Une fois ces images de projections 2D 40, 50 acquises vient la 25 détermination 300 de la position 3D de l'outil. La position 3D de l'outil est telle qu'une pluralité de projections 2D de l'image 3D de l'outil 9 selon respectivement les orientations pour lesquelles les images de projection 2D de la région d'intérêt 11 du patient 7 ont été acquises soient les plus proches des images de projection 2D de la région 30 d'intérêt du patient 7. En d'autres termes, on génère une reconstruction 3D de l'outil que l'on veut tester, le test consistant à projeter cette image 3D selon des orientations identiques aux orientations pour lesquelles les images de projection 2D de la région d'intérêt 11 ont été acquises. La figure 5 illustre l'image 3D de l'outil. Pour déterminer si cette image 3D de l'outil est conforme on procède à une comparaison de projections 40', 50' de cette image 3D 60 de l'outil avec les projections 2D 40, 50' de l'outil effectivement acquises. Une fois que la comparaison est effectuée et donne satisfaction, c'est-à-dire que les projections 2D 40', 50' de l'outil sont proches ou dans le meilleur des cas identiques, la reconstruction 3D qui a engendré ces projections 2D 40', 50' de l'aiguille est la reconstruction 3D de l'outil recherchée. La reconstruction 3D 60 de l'outil ainsi obtenue est alors superposée is 400 à l'image 3D de la région d'intérêt de manière à obtenir une image 3D de la région d'intérêt avec l'aiguille. La figure 6 illustre l'image 3D de la région d'intérêt 11 avec l'aiguille 9. Ainsi, au cours d'une intervention, pour obtenir l'mage 3D de la région d'intérêt du patient avec l'outil seule l'acquisition d'images 2D de projection 20 sont nécessaires. On décrit ci-dessous de manière détaillée la détermination de l'image 3D de l'outil. Comme on l'a mentionné on dispose de deux images 2D 40, 50 de projections 2D de l'outil et c'est à partir de ces dernières que l'on peut 25 déterminer l'image de reconstruction 3D de l'outil. A partir des images 2D de projection de l'outil on peut déterminer la position 3D de l'extrémité 91 de l'aiguille 9. La position complète de l'aiguille dans l'image 3D est alors obtenue par minimisation du critère suivant : 30 N=argmin(S) avec S=f(S1(N1),S2(N1)) où N1 et N2 sont respectivement les projections 2D obtenues à partir de la reconstruction 3D de l'outil, S1 et S2 sont des critères 2D par exemple la somme des niveaux de gris des images 2D dans une région d'intérêt définie par N1 et N2 et N est la position 3D complète de l'aiguille. La position 3D complète de l'aiguille est décrite par cinq paramètres : 5 - la position 3D de l'extrémité de l'aiguille ; - l'orientation de l'aiguille (c'est-à-dire deux angles). Il est à noter que pour obtenir la position complète N de l'aiguille on peut s'affranchir de l'étape d'estimation de la position 3D de l'extrémité de l'aiguille. Dans ce cas, cinq inconnues sont à déterminer pour générer io l'image 3D de l'aiguille sinon deux inconnues sont à déterminer. Le critère ci-dessus minimisé, on dispose de la position 3D complète de l'aiguille. C'est cette reconstruction 3D de l'outil qui est superposée à l'image 3D de la région d'intérêt du patient. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'images pour l'imagerie interventionnelle dans lequel une image 3D d'un objet (7) est visualisée au moyen d'un système d'imagerie médicale (10), le système d'imagerie médicale (10) comprenant une source de rayons X (1) et un détecteur (3), le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition (200) d'une pluralité d'images de projection 2D de l'objet (7) dans lequel un outil (9) rectiligne a été inséré selon une pluralité Io d'orientations de la chaîne image; - détermination (300) d'une reconstruction 3D de l'outil telle qu'une pluralité de projections 2D de l'image 3D de l'outil (9) selon respectivement les orientations pour lesquelles les images de projection 2D de l'objet (7) ont été acquises soit les plus proches des images de projection 2D de l'objet (7) 15 acquises ; - superposition (300) de la reconstruction 3D de l'outil avec l'image 3D de l'objet (7) de manière à obtenir une image 3D de l'objet (7) avec l'outil (9). 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la détermination (200) 20 de la reconstruction 3D de l'outil consiste à déterminer la position 3D complète de l'outil, la position 3D complète étant décrite par la position 3D de l'extrémité de l'outil et par l'orientation de l'outil. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la position 3D de 25 l'extrémité de l'outil est déterminée à partir des images de projection 2D de l'objet d'intérêt acquises. 4. Procédé selon l'une des revendication 2 à 3 dans lequel la position 3D complète de l'outil consiste à minimiser le critère suivant N=argmin(S) 30 avec S=f(S1(N1), S2(N2), ..., Si(Ni)) où N est la position 3D complète de l'outil, Si est un critère 2D pour l'image d'indice i, par exemple la somme de 5la valeur des pixels de l' l'image 2D dans une région d'intérêt déterminée par Ni, et Ni est la projection de la position de l'outil dans une des images de projection 2D, i variant de 1 à m, m étant le nombre d'images de projection acquise. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel les images 2D de la région d'intérêt sont filtrées de manière à faire ressortir l'outil du reste de l'image. io 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel l'outil est une aiguille de préférence rigide dont la position 3D est rectiligne. 7. Système d'imagerie médicale comprenant une unité de traitement comprenant des moyens pour la mise en oeuvre d'un procédé de traitement 15 selon l'une des revendications précédentes. 8. Programme d'ordinateur comprenant des instructions machine pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 6. 20