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1. Il peut aussi revenir en arri re ou en avant si la precedente gt p suivante segmentation n a pas commenc et parcourir les coupes 1 1 manuellement 10 10 100 1 00 IUT de Reims 28 CHU Robert Debr a Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 La d tection du pourtour de la tumeur se fait exactement de la m me mani re que celle du foie Elle utilise les m mes algorithmes Cette partie sera donc pass e sous silence La segmentation h patique est une description anatomique des diff rentes parties du foie dont l int r t est de permettre la localisation d une l sion d une tumeur et la d cision d intervention chirurgicale Veine cave inf rieure Veines sus h patiques Il s agit l de la deuxi me partie du stage ou une d coupe du foie doit y tre effectu e selon le sch ma de Couinaud ci contre Ainsi on obtient les 8 parties distinctes du foie Pour ce faire il faut d tecter les veines s parant ces parties Ligament rond e FOIE DROIT E 5 post rieur 5 ant rieur FOIE GAUCHE E 5 param dian Ces veines comprennent la veine sus h patique droite la veine sus h patique m diane la veine sus h patique gauche et la veine porte Les veines sus h patiques s parent le foie de fa on verticale en 4 parties La veine porte s pare le foie de fa on horizontale en deux parties B Lobe de Spice v cave inf rieure di Coupe au niveau du d2. mettre en vidence les art res et le temps portal qui lui sert mettre en vidence les veines Remarque Le seul b mol apporter par rapport aux rayons X c est le risque suppl mentaire de cancers pour le patient Bien s r tout cela est r glement et un patient n a pas le droit plus de 20 radios ou scanners par an Les m decins et les infirmi res sont eux m mes contr l s gr ce un petit appareil mesurant les rayons auxquels ils sont expos s S ils d passent un certain taux de rayons maximum par an ils se voient oblig s de se mettre en cong maladie jusqu la fin de l ann e Cela dit les rayons qu ils absorbent durant toute une ann e se trouvent largement inf rieurs au taux maximum autoris Le rapport danger sant pour le patient reste tr s bon tant donn les prouesses accomplies par la m decine moderne Il faut cependant rester vigilant face l abus de certains patients syst matiquement d sireux d un scanner au moindre probl me IUT de Reims 12 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 C est une technique d imagerie m dicale se fondant sur les principes de la r sonance magn tique nucl aire Un gros aimant entoure le patient le but tant de capter la r sonance produite sur les lectrons d atomes d hydrog ne pr sents dans le corps pour en obtenir une image L analyse informatique du signal transmis permet d tablir les images des organes internes e
3. paration et la fusion des paquets mais le r sultat serait s rement int ressant IUT de Reims 34 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Le stage dans son ensemble a t tr s satisfaisant J ai r ussi faire tout ce qu avait demand le professeur Claude Marcus et m me un peu plus je pense au lissage On a l un logiciel capable de repr senter le foie en 3 dimensions avec la repr sentation par effet de transparence de ses tumeurs ainsi que de ses diff rentes parties On peut alors voir l endroit exact o se trouve la tumeur et dans quelle partie du foie elle est Je serais encore plus content si j apprenais que le logiciel est utilis par les m decins et qu il apporte une donn e suppl mentaire suffisamment claire pour aider les chirurgiens effectuer un diagnostic Reste maintenant le tester sur le terrain La m decine volue beaucoup et les m decins utilisent de plus en plus des logiciels qui permettent de simuler en partie une op ration Cela leur donne la possibilit de prendre leur temps face des images qui normalement auraient dues tre vues directement par l oeil du chirurgien en temps r el Ils peuvent voir le trajet exact suivre dans le corps afin de mettre en place le meilleur parcours effectuer lors de l op ration C est avec satisfaction que j ai particip cette volution IUT de Reims 35 CHU Robert Debr Reims
4. tection du l aorte Mais ce qui m a le plus rebut c est que de temps en temps et de fa on intempestive le serpent partait dans tous les sens pour donner une figure ne rassemblant rien J avais aussi test mon serpent 2D Les r sultats taient pas mal mais des d fauts apparaissaient gt Le pourtour n tait pas toujours plaqu correctement sur le foie Il s agit l d un d faut mineur car M Marcus m avait pr cis que la d tection du pourtour exact du foie ne l int ressait pas gt Le serpent sortait parfois du foie et la le d faut ne pouvait pas tre ignor Cela tait du au fait qu au niveau de la binarisation il y avait des blancs quant la repr sentation des pourtours du foie Des am liorations devaient tres aussi apport es ce niveau la IUT de Reims 22 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 gt Enfin un autre probleme tait apparu Lors du r tr cissement du serpent pour passer d une coupe l autre des cellules s entrem laient parfois ce qui donnait des r sultats aberrants lors du red ploiement de ce m me serpent Le serpent 3D a t d velopp en partie mais n a jamais t test Face aux probl mes d int grit des cellules que le serpent 2D pouvait avoir il aurait t bien plus compliqu de g rer le serpent en 3D De plus cela induisait un chargement dans la m moire de 500 images 512 par 512 pixels ce qui malgr la
5. un premier serpent qui sera d ploy comme il a t d crit pr c demment dans la section recherche Une s rie d am liorations de la d tection du contour se met par la suite en place Suivit de contour Le suivi de contour a t imagin dans le but de combler les trous dans la d tection du pourtour Toutes les cellules sont parcourues Lorsque la distance entre deux cellules est trop importante l algorithme de suivi de contour est activ entre ces deux cellules Comme son nom l indique on part d une cellule et on suit le contour auquel elle y est accroch e jusqu atteindre la deuxi me cellule Tous les n pixels parcourus via cet algorithme il est ajout une nouvelle cellule Il arrive parfois que le suivi de contour s gare par manque d information sur l image Si c est le cas les nouvelles cellules recueillies sont supprim es et le contour est laiss tel quel Passage l image suivante Lorsque le pourtour a t d fini on passe l image suivante pour y d tecter nouveau le foie Le serpent de la coupe pr c dente est alors copi puis r tr ci de sorte qu il soit toujours plus petit que le foie si ce dernier avait r tr ci dans la nouvelle coupe Le r tr cissement faire avancer chaque cellule de quelques pixels selon la direction inverse de sa normale Le serpent est ensuite red ploy puis le suivi de contour est appliqu Cette op ration est r p t e jusqu avoir d tect la totalit du f
6. conducteurs d ultrasons si bien que cette technique est utilis e pour examiner les kystes et des organes tels que la vessie le syst me biliaire ou visualiser le f tus dans le sac amniotique L chographie peut aussi servir aux examens du r seau art riel du c ur du pancr as de la cavit p riton ale de l appareil urinaire des ovaires du syst me veineux du cerveau et de la moelle pini re C est pourtant son Rapport de projet 27 Ao t 2004 utilisation pour l examen du f tus pendant la grossesse qui est la plus courante IUT de Reims 9 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 L angiographie est un proc d permettant E de visualiser les veines du corps LT Le patient est anesth si localement Des calmants peuvent lui tre donn s mais globalement la manipulation reste indolore Une sonde est plac e dans la veine repr senter Il faut effectuer d abord un calibrage de la machine Elle envoie des rayons X pour obtenir des images en temps r el Une fois le calibrage effectu un produit de contraste est inject de sorte qu il soit fluorescent sur l image A ce moment l le patient doit retenir sa respiration Pour n obtenir que les veines en guise de r sultat on fait une soustraction entre l image avec produit de contraste et l image sans le produit de contraste Il n en ressort que les zones o se trouve le produit de contraste les veines
7. de projet 27 Ao t 2004 INTRODUCTION 5 LE MILIEU DE TRAVAIL 6 L ORGANE TION GENERA LE Sp 6 LE DARE QUES LUNA CA cae 6 ES MS cae 6 PERCOGRAP narrada 9 PSN OR PU ao 10 LE SCANNE Rotario 11 A IN 13 CONCEUSIO Narco loci 14 INTRODUCTION A as 15 ORGANISATION as 17 OS S S de tl tl Les FA SMU CMON ON UU COUO ean Len RL N TATA TAA 17 LARE 2 EE ENE AA TEN EA TE E AE A E E A A E E A A ces 19 CHO nern e E T E E A E O EA 22 ERAITTE MPNE DES IMAGES a AN A E ce it eat 24 lissao e Na CASANARE OPUS E oira e E E OE AE T E a a Os 24 SES A IN 24 IN A A A die ie 23 ISI AREA A O 26 DEFTECTION DU POUR TOUR DU FOIE asia 27 SUIVI CO COMMON ann 0h ben tia 27 PASI CA Ima se SUI altos odias 27 Detecitons des ano males st di 27 AUS LEMEN MON A easi A ed ee e 28 DETECTION DU POURTOUR DE LA TUMEU Bosnia id 29 AESEGMENTA TON HEPA TIQUE neen a a ta 29 REPRESENTA TONEN Di a 32 AAA A II O O 32 ISS Ss AN Nata 33 AMELCIORATIONS A APPORTER si di 34 Sesmentatiomet d ploi ment du Serpento ii tii 34 D tection des anomalies et affinage des outils de d tection de pourtour 34 Mo o es 34 A EEE ZE 34 CONCLUSION 35 IUT de Reims 3 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Retrouvez le manuel d utilisation du logiciel BodyVision en fin de rapport IUT de Reims 4 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Mon stage a t effectu au CHU Robert Debr de Reims J a
8. images binaris es sur lesquelles il peut se d ployer une s rie de filtres doivent tres mis en place r E Les images fournies par le scanner pr sentent du bruit pouvant perturber la d tection du pourtour Une premi re id e serait de faire un lissage de l image avec une moyenne Mais cela aurait pour effet aussi d adoucir les contours chose que l on veut absolument viter Un algorithme bon en lissage et en pr servation de contour est alors utilis Nagao Like Cet outil dispose de plusieurs filtres Il s agit de plaquer le meilleur filtre pour chaque pixel de sorte que le contour soit le mieux pr serv en recherchant l cart type local calcul sur chaque filtre le plus faible Voici un exemple de ce que peut donn le filtre Nagao Like Une version optimis e de Nagao Like a t impl ment e de sorte que l algorithme met en moyenne 100ms pour tre effectu sur une image de 512 par 512 pixels Comme il a d j t expliqu pr c demment une binarisation est ensuite effectu e Sur un voisinage carr 3x3 on recherche les minimums et maximums rencontr s Si la diff rence entre le maximum et minimum est sup rieure la valeur du pixel courant la couleur noire est renvoy e De m me une valeur IUT de Reims 24 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 moyenne des couleurs du foie a t calcul e auparavant Si la couleur du pixel courant est trop loig
9. les m decins se servent beaucoup de supports num riques L ordinateur est une bonne machine Il s agit d un appareil de marque Dell avec cran plat 19 processeur Intel Pentium 4 2 6 GHz 512 Mo de m moire vive 60 Go de disque dur le tout fonctionnant sous Windows XP Professionnel J avais ma disposition la meilleure machine de la salle puisqu elle venait d tre remplac e Il m avait t mis aussi disposition l acc s Internet ce qui ma t tr s utile pour mes recherches Ces machines servent _ imprimer une radio num rique sur un film Elles ont chacune une faille de film sp cifique Num riser conversion d un signal ou d une grandeur ayant une variation continue en une s rie de valeurs discr tes repr sent es dans un ordinateur par les nombres binaires O et 1 Plusieurs types de grandeurs ou d entit s physiques peuvent tre num ris es comme des sons des images ou simplement des radios sur film IUT de Reims 8 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Le principe de l cographie est d envoyer des sons haute fr quence Ces sons vont tre r fl chis par les organes puis capt s pour tre dig r s par un ordinateur pour donner une image en temps r el Plusieurs sondes mettrices d ultrasons peuvent tre utilis es Ses sondes ont des formes sp cifiques et mettent des sons fr quence diff rente Elles ont des utilit s diff rentes Les fluides sont de bons
10. me h patique Coupe au niveau de la veine porte vshd v sus h p droste vahm y sus h p m diane vshg v sus h p gauche IUT de Reims 29 CHU Robert Debr a Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 D s que les veines sont visibles le m decin indique l endroit o elles se trouvent Dans les coupes suivantes le programme vainas d tecte la nouvelle position des veines Si cette Supprimer une veine detection ne s av re pas efficace l utilisateur peut PRET intervenir pour modifier les coordonn es des veines Il _Ajout Modif VSHD jaune peut aussi d sactiver la AjoutMoit YaHM rouge tecti e EE d tection automatique des Bjout Modif VSHG verte M Afficher les normales veines M ne pas s arreter a chg img Img reference 4 porte M auto detecter les veines TR PAS A OS 4 k i Fi MS Un AE RE Dies mo k as as pr La veine porte coupe le foie en deux L utilisateur doit cliquer sur le bouton img r f rence V porte pour indiquer qu elle se trouve sur la coupe courante Pour d tecter la nouvelle position des veines on cherche 10 pixels autour de la droite repr sentant la veine la partie la plus blanche La droite est alors centr e sur la veine Interpolation par exemple l image 10 une veine est indiqu e Elle n est plus indiqu e l image suivante puis elle est indiqu e nouveau l image 12 Une interpolation e
11. ou le foie ai r tr cit puis red ploy de sorte qu il se replace sur les pourtours du foie de la nouvelle coupe Des param tres de densit de cellules pour une modularit de la pr cision peuvent tre chang s IUT de Reims 21 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 D autres recherches ont t effectu es mais pour le d ploiement d un serpent en 3 dimensions Toutes les coupes sont repr sent es par un volume de donn es en 3D Une binarisation est encore effectu e mais avec un filtre en 3 dimensions Le serpent se d ploie non pas avec 4 cellules de d part mais 6 dans un espace 3D Une fois l op ration termin e il est plaqu sur l int gralit du pourtour du foie Beaucoup de recherches ont t effectu es mais ce qu il faut savoir c est que la tache n tait pas simple Les pourtours du foie n taient pas toujours nets et le foie se m langeait parfois avec d autre organes du corps comme le c ur la rate et autres Cela rendait difficile sa d tection et des outils puissants devaient tre mis en place de mani re faire intervenir le moins possible l utilisateur Une fois mes recherches termin es il me fallait choisir entre les mod les d formables Snake le serpent 2D ou le serpent 3D J avais test le Snake de mon coll gue Il y avait des am liorations apporter tant donn qu il n tait pas d velopp la base pour la d tection du foie mais pour la d
12. un coll ge de travail Il travaillait dans la m me salle que moi et poursuivait son stage de l ann e pr c dente quand il passait encore son DUT Son travail consistait repr senter en 3D l aorte c est une veine afin de d tecter un an vrisme Il utilisait comme outil de d tection des pourtours les objets d formables Snake Il s agit d une m thode qui consiste faire d ployer un serpent sur une zone de l image de sorte qu il se place sur le gradient local le plus fort d crivant en fait un pourtour voir image ci contre Des i MA propri t s de courbure peuvent tre mis en place de sorte que le serpent respecte une certaine forme C tait int ressant d avoir un algorithme port e de main afin de se donner une id e de son efficacit Un travail avait d j t effectu sur la d tection du foie par un tudiant Debouzy Guillaume Cependant les r sultats qu il avait obtenus taient m diocres Je n ai donc pas pass beaucoup de temps tudier son code d autant plus que je n avais pas la totalit du code Le premier mois du stage a t consacr la recherche d algorithmes Je me suis servi des connaissances de mes professeurs au L E R T Laboratoire d Etudes et de Recherches Informatiques Il ma t apport quelques algorithmes de lissages et de r haussement de contraste afin de les comparer avec ceux que j avais d j IUT de Reims 19 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de p
13. un objet qui contient un tableau de sommets et un tableau de face on se retrouve avec un objet qui contient en plus un tableau d arr tes Il s agit d un objet surfacique volu se reporter au sch ma simplifi de Studio3D Retrouver les faces adjacentes et retrouver les arr tes il ne doit pas en avoir une en double comme pour les faces prend un temps de calcul factoriel Cela n a aucun effet sur des objets de petite taille Par contre sur des objets qui prennent pr s de 5Mo en m moire cela peut prendre une deux minutes de calcul Bien s r il aurait t peut tre plus judicieux de faire directement un objet volu seulement le temps ma manqu et jai pr f r le consacrer d autres d tails La seconde tape est le lissage chaque sommet de chaque face on fait la moyenne des barycentres des faces adjacentes ce sommet Le lissage est fait On peut l appliquer au foie comme au x tumeur s IUT de Reims 33 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Segmentation et d ploiement du serpent Tous les pixels de l image ou du moins les pixels de la zone de calcul subissent un traitement Or tous ces points ne seront pas parcourus par le serpent Il y a l une perte de temps qui peut tre rattrap e Il est possible d effectuer ce calcul en m me temps que le d ploiement du serpent Il serait effectu partout o les cellules passeront Cependant le pr calcul est op
14. La machine utilis e co te environ 1 Millions d euros IUT de Reims 10 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Un scanner comme un IRM fournit des coupes horizontales du corps humain repr sent es par des images de taille 512 par 512 pixels Pour bien comprendre comment sont dispos es les coupes de scanner ou d IRM imaginez un corps humain Vous le d coupez en deux de fa on horizontale l endroit qui vous int resse Vous prenez une photo vue du dessus puis vous d coupez un millim tre du corps pour prendre une nouvelle photo Et ainsi de suite vous r it rez l op ration du haut vers le bas Cette op ration a d j t effectu e par des chercheurs des Etats Unis avec l accord d un prisonnier promettant de donner son corps la science apr s son d c s Cette technique a permis d obtenir en couleur un volume de donn es entier d un corps humain Le r sultat d un scanner n est pas tr s diff rent Les photos sont remplac es par les coupes de scanner en niveau de gris repr sentant les m mes organes pas forc ment de la m me mani re tant donn qu une coupe de scanner est en fait le r sultat de mesures des pertes d nergies de plusieurs rayons X envoy s travers le corps alors qu une photo est une capture de rayons lumineux visibles l oeil nu La grosse particularit du rayon X c est que l on peut prendre des points de vue invisibles l oeil nu ce qui bien v
15. RAPPORT DE STAGE Representation du foie en 3 dimensions partir de coupes de scanner Body Vision 3D Viewer Version 1 0 cr e par MAHDJO ln Charger Hp sauvegarder Hp Camera M Point de fuite fise Translation lt pa de deplacement 0 5 Lisser M Lisser le foie FT Lisser les tumeurs nombre de reiterations Couleurs Air sur Le foie rougejo 3 vetfio y bleu to 3 Opacite TE Mode d afichage Plein gt Quitter MAHDJOUB JASON Projet dirig par le professeur Claude Marcus du 5 avril au 16 juillet 2004 CHU Robert Debr H pital de Reims Service radiologie imagerie m dicale IUT Info Reims Reims Ch lons Charleville Rue des Cray res 51100 Reims France MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Merci au professeur Claude Marcus pour m avoir permis de r aliser ce stage merci Eric BITTAR responsable de mon projet merci aux professeurs Laurent Lucas Philipe Vautrot et Jean Michel Nourrit du L E R I pour leur conseils pr cieux merci mon coll gue de travail et mon camarade de classe Nicolas Pigal merci l IUT et tous ses professeurs qui nous ont permis d avoir une bonne formation merci tous ceux qui nous accueillis l h pital merci mes amis et mes parents qui m ritent d tre remerci s chaque occasion puisqu ils sont toujours la IUT de Reims 2 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport
16. ch s en noir Extraits d une coupe abdominale Couinaud le foie tudes anatomiques et chirurgicales Masson 1957 IUT de Reims 20 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 La deuxi me partie consiste trouver le pourtour du foie Pour ce faire il me vint une id e qui ressemblait beaucoup l algorithme des objets d formables alors que pourtant je ne m en tais pas inspir Le principe est simple L utilisateur indique seulement pour la premi re image avec la souris le centre approximatif du foie par un clic Un serpent est plac en ce point Comme on peut le voir sur le dessin ci contre le serpent plac au d part au centre va se d ployer jusqu atteindre les bords du foie Le serpent est compos au d part de 4 cellules dot es chacune d une normale Ces cellules vont se d placer une une dans l image selon la direction de leurs normales pour ne s arr ter qu la d tection d un pourtour ici ce sont les cellules hachur es Lorsque que la distance entre les cellules est trop grande et d passe un seuil une nouvelle cellule na t et est plac e quidistance des deux cellules trop distante Le processus est renouvel jusqu ce que toutes les cellules soient plac es sur un bord Pour la coupe suivante le serpent plaqu sur le pourtour du foie de la coupe courante est copi r tr ci de quelques pixels pour le cas
17. charg de les traiter C est dans cette salle que j ai effectu tout mon travail Plusieurs outils sont mis disposition des m decins Bien s r il y a les traditionnels tableaux lumineux permettant de visionner les radios imprim es IUT de Reims 6 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 r Il y a aussi deux stations de travail dot es chacune de deux crans monochromes plac s en hauteur d une tr s grande pr cision Elles servent visionner les radios num ris es Les spots des deux crans sont quasi imperceptibles l oeil nu ce qui donne l impression d avoir une feuille devant soi Les stations DELL elles m mes sont assez puissantes pour pouvoir faire d filer les images de gt scanner ou d IRM en temps r el Elles sont quip es d un _ processeur Intel XEON ee D autres stations de travail sont mises 4 disposition mais cette fois avec des crans en couleur La station sur l image de droite sert surtout pour les angiographies d crites plus tard si e re IRM Imagerie par R sonance Magn tique IUT de Reims 7 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Voici la machine sur laquelle je travaillais En dehors de mon utilisation elle servait num riser les films gr ce l appareil visible sur la partie de gauche de la photo Son utilisation tait assez rare puisque
18. d cider de la meilleure marche suivre sans m me ouvrir le patient C est dans ce but que jai voulu accomplir mon stage faire un logiciel aussi utile que pratique IUT de Reims 16 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Des le commencement du stage et en vue de la tache accomplir des r gles qui me paraissaient videntes s imposaient Le souci du d tail n tait pas un caprice mais bien quelque chose de n cessaire surtout si je voulais un programme fiable Un programme qui plante m me de temps en temps est un programme qu on finit par jeter C est donc un programme inutile chose que je ne voulais surtout pas faire Une organisation stricte et un code crit sans laisser place au hasard taient n cessaires Outils utilis s Le langage utilis est le C A cela s ajoute l utilisation des outils suivant gt Environnement de travail Windows XP Professionnel gt Open GL 1 4 pour le rendu 3D hardware gt GLUT Pour la gestion des fen tres des v nements souris clavier etc gt GLUI pour la gestion des boutons et d autres objets agr able utiliser pour une interface graphique intuitive La librairie graphique QT aurait t bien plus compl te seulement elle ne pouvait tre compil e sous Windows qu partir de Microsoft Visual C Or l h pital ne d tenait pas de licence pour ce logiciel gt DevCpp c est un diteur compilateur C C gratuit fonctionnant sous W
19. d angiographie et six salles radios diagnostiques Le CHU Robert Debr reste un bon h pital vu sa taille et tous les services qu il propose IUT de Reims 14 CHU Robert Debr a Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Le Stage Mon stage a donc t effectu au CHU de Reims sous la tutelle du professeur Claude Marcus dans le service Radiologie Imagerie M dicale dirig par le professeur Bernard Menanteau D s septembre j effectuais mes recherches pour trouver un stage L id e de travailler l h pital de Reims n tait pas vraiment un objectif mais je n ai jamais vraiment perdu de vue cette opportunit J avais travaill l ann e pr c dente dans le cadre de mon stage de DUT Informatique l Universit de Teesside en Angleterre dans l imagerie m dicale Je devais effectuer un programme capable de repr senter le dos d un patient quelconque en 3 dimensions partir d informations renvoy es par des lasers positionn s strat giquement en diff rents endroits dans l espace afin de pouvoir trianguler ces informations et donner un r sultat satisfaisant Je m tais tenu au courant des stages qui avaient t effectu s par mes camarades de classe Certains avaient justement travaill au CHU Robert Debr et leur travail ne m avait pas laiss indiff rent Soif de vouloir en savoir plus dans cette sp cialit qu est l imagerie m dicale je me suis d s lors pr sent dans ce service De plus mon li
20. e coupe avec la suivante en ne formant que des triangles qui ne s entrecroisent jamais c t s mis part Soit un groupe de points de hauteur h nomm A et le groupe de points suivant de hauteur h delta nomm B delta tant la distance entre chaque coupe On parcourt tous les points de A A chaque sommet X on recherche tous les sommets les plus proches de X sans qu ils soient encore plus proches des autres points de A Dans l ordre on effectue un maillage entre x et ces points traits en noir sur le dessin On maille X avec son suivant et le dernier point le plus proche de X en rouge L op ration est r p t e jusqu avoir parcouru tous les points de A Le maillage entre A et B est alors r alis A F os Reste maintenant mailler le haut et le bas du foie On calcule le centre du pourtour ici en rouge en faisant une moyenne de tous les points de ce dernier On maille A tous les points avec ce centre Le maillage des veines est simple il suffit de relier les deux points de la veine avec les deux de la veine suivante et ceux pour tous les types de veines IUT de Reims 32 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Afin d viter d avoir un r sultat trop chaotique j ai pris l initiative de faire un lisseur d objet 3D La premi re tape consiste organiser les faces de l objet Chaque face conna t les faces adjacentes toutes ses arr tes Au lieu d avoir
21. eu de travail tait Reims ce qui fut tr s appr ciable tant donn mes besoins imm diats Monsieur Marcus n a pas tard me donner une r ponse positive et ma tout de suite propos un sujet Il mest donn une s rie de coupes horizontales du foie d un patient Ces coupes sont fournies par le nouveau scanner H lico dale de l h pital Elles sont pr sent es dans l ordre de la partie la plus haute la partie la plus basse du corps Ma mission tait de cr er un programme capable de trouver le foie sur chaque coupe en y trouvant son pourtour mais aussi le pourtour des tumeurs qu il pouvait y avoir dans le foie La deuxi me partie consistait trouver les veines du foie afin de d partager les diff rents lobes parties du foie Cela s appelle la segmentation h patique Enfin si j avais termin ces deux premi res tapes ce que Monsieur Marcus et moi m me consid raient comme d j pas mal il me restait une derni re chose faire repr senter le foie en 3 dimensions avec ses diff rentes parties ainsi que ses tumeurs IUT de Reims 15 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 A quoi pourrait bien servir un tel outil L information importante pour un chirurgien avant de faire l ablation d une tumeur est donc de pouvoir bien situer cette tumeur dans le foie et de savoir si la m me tumeur se propage dans plusieurs lobes Ainsi le chirurgien peut pr voir son op ration
22. i t sous la tutelle du professeur Claude Marcus dans le service d imagerie m dicale de l h pital Il sera d cris en premi re partie de ce m moire le milieu de travail dans lequel je baignais le fonctionnement du service En deuxi me partie y sera pr sent mon stage dans ses d tails IUT de Reims 5 CHU Robert Debr a Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Le milieu de travail L organisation g n rale Le parcours du malade Un patient arrive pour faire une radio Il a t envoy par son m decin traitant ou un urgentiste pour des raisons pr ventives ou cibl es Il passe bien s r d abord par le secr tariat pour des raisons administratives Apr s s tre mis la suite d une file d attente sauf cas d urgence il est pris en charge par le service La radio est faite sur des endroits du corps pr cis selon les exigences du m decin Elle est sauvegard e dans le serveur de l h pital et envoy e au service qui analyse ces radios Un radiologue se charge de commenter les r sultats via un dictaphone La cassette est ensuite cout e par une secr taire qualifi e qui va taper le rapport du m decin Le patient re oit ses radios plus souvent maintenant sur CD que sur film pour des raisons conomiques et le compte rendu du radiologue Il peut retourner voir le m decin qui l a envoy faire cette radio Comme il a t dit les radios sont envoy es au service concentr en une salle
23. idement vite de d couper le malade pour voir ce qu il a dedans chose tout fait inutile pour la pr servation de la sant du patient Le scanner du CHU est un nouvel appareil plus pr cis et plus rapide qui venait d tre plac lors de mon arriv e en tant que stagiaire Il s agit d un scanner h lico dal Scanner h lico dal A l inverse du scanner conventionnel qui proc de l acquisition de l image coupe apr s coupe le scanner h lico dal acqui re en une seule fois et de mani re rapide 30 secondes qui sont la dur e d une apn e l ensemble du volume analyser Le tube rayon X tourne en continu pendant l avanc e progressive de la table d examen La pr cision des coupes sont de 0 75 mm d paisseur Afin IUT de Reims 11 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason d estomper le bruit les coupes sont ramen es 1 mm d paisseur en faisant une moyenne titre indicatif ce scanner a co t pr s de 6 millions d euros La reconstitution des images est quasi instantan e Injection du produit de contraste H lice env 30 sec 30 sec Y mn Temps art riel Temps porte Gr ce ce scanner on peut obtenir des coupes vraiment jointives et tout l organe examiner peut tre scann au m me moment du passage du produit de contraste utile pour localiser les veines ou les art res Il existe deux temps apr s l injection du produit de contraste le temps art riel qui sert
24. indows Structuration du code Des le d but de la Licence Pro je d cidai de mettre en place une librairie regroupant tout le travail accompli durant l ann e Cette librairie a t d velopp e dans le but d viter la redondance de code d avoir un moteur de rendu 3D complet et optimis utilisant Open GL et GLUT d avoir des outils de traitement num rique disposition Ainsi arriv au d but de mon stage une panoplie compl te d outils dans l affichage 3D et le traitement num rique de l image tait ma disposition Lors de son d veloppement je m tais assur que cette librairie serait facilement utilisable par d autres personnes travaillant sur le m me projet Je l ai d ailleurs utilis e dans plusieurs de mes projets tutor s IUT de Reims 17 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Sch ma simplifi du moteur de rendu 3D et 2D Studio 3D Studio3D lt Lampe gt Divers types d animation Y 7 PE Z Objets surfaciques Objets Surfaciques VX Objet svolu ADA ES volu s ER Objet volumiques Camera Ecran Studio3D GLUT Ecran GLUT Camera GLUT L gend ar dl our de rendu communs Moteur de rendu sp cifique OpenGL A gt B La classe A h rite de la classe B La classe B contient des objets de type A Studio3D regroupe gt des lampes elles permettent l clairage d une sc ne 3D gt des cam ras gt des cra
25. n e de cette moyenne la couleur noire est renvoy e Pour la plupart des cas cela vite d avoir le foie qui se m lange avec d autres organes Si aucun de ces cas ne s est av r vrai la couleur blanche est enregistr e On a donc comme r sultat une image en noir et blanc Ouverture Afin de renforcer les contours et d y liminer les trous une ouverture est ensuite appliqu e avec un voisinage carr 7x7 L ouverture est en fait l application d une rosion suivie d une dilatation L rosion est la recherche sur un voisinage de la valeur minimum La dilatation est la recherche du maximum ir ur r F n IUT de Reims 25 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Les filtres d crits pr c demment s appliquent toute l image Tous les pixels de l image ne sont pourtant pas utiles De plus avec un voisinage de 7 pixels de c t le temps de calcul par image n est pas n gligeable moins d une seconde Il est possible de d finir un cadre ou les calculs s y op reront Ainsi selon les cas on peut gagner jusqu 50 de rapidit Ici le cadre est repr sent en bleu IUT de Reims 26 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 D tection du pourtour du foie Une fois la segmentation de l image effectu e il reste d tecter le pourtour du foie Pour se faire via la souris le centre approximatif du foie est indiqu Il y sera plac
26. n utilisant des m thodes similaires celles qui ont t mises au point pour la radiographie aux rayons X ou le scanner Il faut rappeler que durant tout la dur e de l examen celle ci pouvant aller jusqu 1 heure le patient doit rester immobile Pendant la prise des images on entend un bruit de tambour ou de battement Ce bruit ne s intensifie pas pendant la totalit de l examen m me si l oreille humaine peut le percevoir autre ment Pour pallier ce probl me des boules Qui s peuvent tre mises la disposition du patient Pendant l examen un interphone et un miroir sont utilis s par les sp cialistes pour voir le patient et l entendre Il arrive quelquefois que des patients se sentent claustrophobes l int rieur de la machine un faible tranquillisant leur est alors administr Les r sultats de l IRM sont comparables ceux du scanner On obtient cependant un meilleur contraste sur l image L IRM est surtout utilis pour des captures du cerveau ou chez les enfants pour leur viter l exposition aux rayons X du scanner d s leur plus jeune age IUT de Reims 13 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 L h pital de Reims a t inaugur en 1976 Le service radiologie imagerie m dicale compte 35 manipulateurs 5 secr taires 4 cadres 2 aides soignants et 2 brancardiers Ce personnel est n cessaire pour faire fonctionner un scanner un IRM 3 chographes 1 mammographie une salle
27. ns c est l endroit o est affich le r sultat du rendu 2D ou 3D Un Ecran_GLUT est en fait une fen tre d affichage gt des objets 3D ils peuvent tres anim s surfaciques ou volumiques volu s ou pas gt Des objets volu s Plut t que d avoir un tableau de face et un tableau de sommets on a en plus ici un tableau d arr tes Les faces et les arr tes sont organis es de sorte que l on puisse par exemple trouver facilement la face adjacente une arr te Tr s utile pour le lissage ou la sub division d un d objet Toutes les classes virtuelles pures sont remplir selon la librairie graphique utilis e ici OpenGL Il peut tre facilement ajout des modules sp cifiques Microsoft DirectX en n y inscrivant que le code n cessaire pour que le moteur utilise les bonnes fonctions de DirectX IUT de Reims 18 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Remarque Beaucoup d autres librairies non sp cifi es ont t cod es puis utilis es par Studio3D Studio3D est compil en librairie dynamique sous Linux so comme sous Windows dil noter tout de m me que faire des librairies dynamiques sous Windows n a pas t chose simple Il m a fallu presque une semaine pour bien maltriser le processus La productivit sur ce point n tait pas au rendez vous mais cela vitait de se retrouver avec des gros fichiers ex cutables Travaux d j effectu s Nicolas Pigal tait
28. ntre les informations recueillies dans les images 10 et 12 est faite pour indiquer une veine automatiquement dans l image 11 IUT de Reims 30 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Une fois la segmentation h patique termin e un prolongement des veines se fait vers le haut et le bas du foie de sorte avoir toujours les 3 veines sus h patiques indiqu es sur chaque coupe Il est aussi effectu une op ration sur les droites repr sentant les veines de sorte qu elles touchent les parois du foie Le AT Ici les droites ont t prolong es elle touchent les parois du foie IUT de Reims 31 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Toutes les donn es sont maintenant r unies Le pourtour du foie comme celui des tumeurs sont tablis dans leur int gralit les veines et donc les lobes sont d partag s Il reste donc rassembler ces donn es pour les repr senter en 3 dimensions La premi re tape est le maillage des sommets recueillis cellules des serpents que ce soit pour le foie la ou les tumeurs ou pour les veines Les tumeurs sont d tect es de la m me mani re que le foie avec la m thode du serpent Il sera utilis la m me m thode pour le maillage de ses derniers On poss de une liste de sommets ordonn s selon leur hauteur Chaque groupe de points correspond une coupe de hauteur h Le maillage consiste relier les points d un
29. oie D tections des anomalies Il existe un ph nom ne qui peut se produire lors du r tr cissement du serpent Normalement toute les cellules se suivent pour former un polygone dont les c t s ne se croisent pas Il peut arriver qu une cellule passe devant l autre Si IUT de Reims 27 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 rien n est fait tres vite le serpent d g n re et l op ration devient inutile Un processus est alors ex cut afin de v rifier l int grit des cellules du serpent Pour ce faire il est calcul chaque cellule s il y a intersection entre les c t s des deux cellules voisines Si c est le cas l ordre des cellules est chang comme le montre le sch ma ci dessus Ajustement manuel Il peut arriver malgr tous les outils d am lioration Agir sur Le foie de la d tection des contours que le r sultat aie quana Ajouter un pourtour m me des d fauts L utilisateur peut alors intervenir Supprimer Un pourtour tout moment pour d placer ajouter ou supprimer des cellules Il peut aussi ajouter ou supprimer un serpent que Daplacer polnts ce soit pour la d tection du foie comme pour la d tection SUppnimer polis des tumeurs En effet au fur et mesure que les coupes Ajouter polnt s d filent le foie finit par se s parer en 2 C est l utilisateur de supprimer le serpent en cours pour le remplacer par deux nouveaux serpents Images
30. puissance des ordinateurs pr sents dans le service aurait t fastidieux traiter La solution du serpent 3D tait d s lors cart e Il ne me restait plus qu choisir entre les mod les d formables et mon algorithme Les mod les d formables taient une technique qui avait d j fait ses preuves mais qui posait certains probl mes de d veloppement probl mes d cris pr c demment Ma m thode n avait aucun pr c dent du moins ma connaissance ce qui rendait le pari un peu risqu quant l efficacit du programme La r flexion a t longue et il y a eu beaucoup d h sitation mais c est pour mon algorithme que j ai tranch J ai pr f r d velopper un algorithme qui provenait de mon imagination dont je connaissais exactement les d fauts De plus cela me donnait l occasion de d velopper un code diff rent de ceux d j d velopp s pendant les stages pr c dents Pour s r il ne s agissait pas d un caprice car j tais pr s abandonner un algorithme sur lequel j ai beaucoup travaill Ca a d ailleurs t chose faite pour d autres algorithmes accomplis pendant la dur e de mon stage Comme je l ai d j dit je ne devais jamais perdre de vue mon but principal en pensant que c tait du g chis que de laisser tomber du travail d j accompli IUT de Reims 23 CHU Robert Debr Reims MAHDJOUB Jason Rapport de projet 27 Ao t 2004 Traitement des images Afin de pouvoir fournir l algorithme des
31. rojet 27 Ao t 2004 J ai aussi effectu des recherches sur Internet afin de voir si des projets Similaires aux miens avaient d j t effectu s Je suis tomb sur la th se de chercheurs provenant des laboratoires PS et LIMSI CNRS dont le sujet tait exactement le m me que le mien Cela fait 7 ans que des recherches ont t effectu es pour donner un r sultat plus que convenable Segmentation h patique selon Couinaud Voici le r sultat d une telle segmentation avec au milieu du foie les veines qui le composent Il est remarquer les diff rentes parties du foie mises en valeur par diff rentes couleurs D autres recherches ont t effectu es sur le foie Les informations apport es taient certes instructives mais ne m en disaient pas beaucoup sur la fa on dont je devais op rer N anmoins les recherches les plus importantes que j ai effectu es ont t des recherches personnelles Bien s r je me servais d Internet pour obtenir des informations tr s cibl es et je demandais conseil mon coll gue de travail ou aux professeurs chercheurs du L E R I Il m a fallu un bon moment pour trouver des algorithmes les d velopper et enfin les tester Ma premi re id e pour la segmentation h patique tait la suivante Une binarisation de l image est effectu e c est dire qu il ne reste plus que 2 couleurs dans l image le noir et le blanc Le but est d avoir une image o seuls les pourtours sont affi
32. timis et l acc s direct une position donn e risque de co ter cher puisque l on est oblig d utiliser les op rateurs crochets et non les pointeurs mobiles pour aller dans la bonne zone m moire de l image La seule solution pour se faire une id e est de comparer les deux possibilit s D tection des anomalies et affinage des outils de d tection de pourtour La d tection des pourtours connait une certaine limite et peut tre am lior e Tous les pourtours du foie ne sont pas parfaitement nets ce qui implique la n cessit d introduction d outils permettant de faire du r haussement de contraste localement Cela simplifierait la t che de l utilisateur encore plus en lui minimisant les interventions Le maillage du foie n est pas tout fait complet Lorsque le foie se divise en deux d une coupe l autre on se trouve au d part avec un serpent et on se retrouve la coupe suivante avec deux serpents C est le maillage d un serpent avec deux serpents qui n a pas t r alis par manque de temps Cela ne voit pas beaucoup l affichage Quand au lissage il reste toujours le probl me de conversion d un objet surfacique en objet surfacique volu Le temps de calcul est factoriel Il faudrait utiliser la r gle diviser pour r gner en d coupant l objet en plusieurs parties afin d effectuer plusieurs conversions puis en fusionnant toutes les parties converties Cela demanderait de l habilit pour ma triser la s
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