Méthodes itératives de reconstruction tomographique pour la réduction des artefacts métalliques et de la dose en imagerie dentaire. (Iterative reconstruction methods for the reduction of metal artifact and dose in dental CT)

Cette these est constituee de deux principaux axes de recherche portant sur l'imagerie dentaire par la tomographie a rayons X : le developpement de nouvelles methodes iteratives de reconstruction tomographique afin de reduire les artefacts metalliques et la reduction de la dose delivree au patient. Afin de reduire les artefacts metalliques, nous prendrons en compte le durcissement du spectre des faisceaux de rayons X et le rayonnement diffuse. La reduction de la dose est abordee dans cette these en diminuant le nombre des projections traitees. La tomographie par rayons X a pour objectif de reconstruire la cartographie des coefficients d'attenuations d'un objet inconnu de facon non destructive. Les bases mathematiques de la tomographie repose sur la transformee de Radon et son inversion. Neanmoins des artefacts metalliques apparaissent dans les images reconstruites en inversant la transformee de Radon (la methode de retro-projection filtree), un certain nombre d'hypothese faites dans cette approche ne sont pas verifiees. En effet, la presence de metaux exacerbe les phenomenes de durcissement de spectre et l'absence de prise en compte du rayonnement diffuse. Nous nous interessons dans cette these aux methodes iteratives issues d'une methodologie Bayesienne. Afin d'obtenir des resultats de traitement compatible avec une application clinique de nos nouvelles approches, nous avons choisi un modele direct relativement simple et classique (lineaire) associe a des approches de corrections de donnees. De plus, nous avons pris en compte l'incertitude liee a la correction des donnees en utilisant la minimisation d'un critere de moindres carres ponderes. Nous proposons donc une nouvelle methode de correction du durcissement du metal sans connaissances du spectre de la source et des coefficients d'attenuation des materiaux. Nous proposons egalement une nouvelle methode de correction du diffuse associee sur les mesures sous certaines conditions notamment de faible dose. En imagerie medicale par tomographie a rayons X, la surexposition ou exposition non necessaire irradiante augmente le risque de cancer radio-induit lors d'un examen du patient. Notre deuxieme axe de recherche porte donc sur la reduction de la dose en diminuant le nombre de projections. Nous avons donc introduit un nouveau mode d'acquisition possedant un echantillonnage angulaire adaptatif. On utilise pour definir cette acquisition notre connaissance a priori de l'objet. Ce mode d'acquisition associe a un algorithme de reconstruction dedie, nous permet de reduire le nombre de projections tout en obtenant une qualite de reconstruction comparable au mode d'acquisition classique. Enfin, dans certains modes d’acquisition des scanners dentaires, nous avons un detecteur qui n'arrive pas a couvrir l'ensemble de l'objet. Pour s'affranchir aux problemes lies a la tomographie locale qui se pose alors, nous utilisons des acquisitions multiples suivant des trajectoires circulaires. Nous avons adaptes les resultats developpes par l’approche « super short scan » [Noo et al 2003] a cette trajectoire tres particuliere et au fait que le detecteur mesure uniquement des projections tronquees. Nous avons evalue nos methodes de reduction des artefacts metalliques et de reduction de la dose en diminuant le nombre des projections sur les donnees reelles. Grâce a nos methodes de reduction des artefacts metalliques, l'amelioration de qualite des images est indeniable et il n'y a pas d'introduction de nouveaux artefacts en comparant avec la methode de l'etat de l'art NMAR [Meyer et al 2010]. Par ailleurs, nous avons reussi a reduire le nombre des projections avec notre nouveau mode d'acquisition base sur un « super short scan » applique a des trajectoires multiples. La qualite obtenue est comparable aux reconstructions obtenues avec les modes d'acquisition classiques ou short-scan mais avec une reduction d’au moins 20% de la dose radioactive.