FR2819918A1

FR2819918A1 - Vascular radiographic image processing system has weighted combination improves calcification contrast

Info

Publication number: FR2819918A1
Application number: FR0100737A
Authority: FR
Inventors: Laurent Launay; Fabienne Betting; Jerome Knoplioch
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2002-07-26
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: FR2819918B1

Abstract

A vascular radiographic image processing system combines separate masking of calcification and prosthesis and subtracted or vascular three dimensional models with volume element weighting according to an amplitude law to emphasize the contrast in a selected region of interest.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT D'IMAGES RADIOGRAPHIQUES VASCULAIRES RECONSTRUITES PAR MODELISATION
TRIDIMENSIONNELLE ET SYSTEME METTANT EN OEUVRE CE
PROCEDE
La présente invention est relative à un procédé de traitement d'images radiographiques vasculaires reconstruites par modélisation tridimensionnelle. PROCESS FOR PROCESSING VASCULAR RADIOGRAPHIC IMAGES RECONSTRUCTED BY MODELING
THREE-DIMENSIONAL AND SYSTEM IMPLEMENTING THIS
PROCESS
The present invention relates to a method of processing vascular radiographic images reconstructed by three-dimensional modeling.

Elle propose également un système mettant en oeuvre ce procédé. It also proposes a system implementing this method.

On connaît de nombreux systèmes d'imagerie tridimensionnelle et notamment de nombreux systèmes permettant, à partir d'images bidimensionnelles obtenues par fluoroscopie sous rayons X, de réaliser des modélisations 3D de la partie des patients que l'on souhaite observer. Numerous three-dimensional imaging systems are known and in particular many systems making it possible, from two-dimensional images obtained by fluoroscopy under X-rays, to carry out 3D models of the part of the patients that it is desired to observe.

On connaît en particulier des systèmes d'angiographie 3D permettant, par radiographie sous fluoroscopie sous rayons X, de reconstruire des modélisations 3D de vaisseaux sur lesquels on souhaite intervenir, par exemple pour traiter des sténoses artérielles. In particular, 3D angiography systems are known which make it possible, by radiography under fluoroscopy under X-rays, to reconstruct 3D models of vessels on which one wishes to intervene, for example to treat arterial stenoses.

En angiographie 3D, trois types d'images complémentaires sont aujourd'hui susceptibles d'être obtenues, à savoir : - une modélisation reconstruite dite"soustraite"sur laquelle apparaissent les éléments vasculaires ( lumens ) seuls, sans les éléments calcifiés et les prothèses endo-vasculaires ; - une modélisation reconstruite dite"de masquage"sur laquelle apparaissent les éléments calcifiés et les prothèses, mais pas les éléments vasculaires ; - une modélisation reconstruite dite "opacifiée" sur laquelle apparaissent à la fois les éléments vasculaires, les éléments calcifiés et les prothèses, mais ce sans que ces différents éléments ne soient faciles à distinguer, l'image obtenue étant relativement difficile à interpréter. In 3D angiography, three types of complementary images are today likely to be obtained, namely: - a reconstructed modeling called "subtracted" on which appear the vascular elements (lumens) alone, without the calcified elements and endo prostheses -vascular; - a reconstructed modeling called "masking" on which the calcified elements and the prostheses appear, but not the vascular elements; - A reconstructed modeling called "opacified" on which appear at the same time the vascular elements, the calcified elements and the prostheses, but without these different elements being easy to distinguish, the image obtained being relatively difficult to interpret.

Pour une description d'un exemple de techniques permettant de réaliser ces trois types d'images modélisées, on pourra avantageusement se référer à la demande de brevet no 00 11486. For a description of an example of techniques making it possible to produce these three types of modeled images, reference may advantageously be made to patent application No. 00 11486.

L'invention propose quant à elle un procédé de traitement d'images radiographiques vasculaires reconstruites par modélisation tridimensionnelle, selon lequel : - on détermine à partir de cette modélisation tridimensionnelle une modélisation tridimensionnelle dite de masquage sur laquelle apparaissent les éléments calcifiés et les éléments de prothèse, mais pas les éléments vasculaires, et - on détermine une modélisation tridimensionnelle dite soustraite sur laquelle apparaissent les éléments vasculaires seuls, caractérisé en ce qu'on fusionne l'une et l'autre de ces deux modélisations en pondérant leurs voxels de façon à augmenter le contraste entre les images de la modélisation de masquage et les images de la modélisation soustraite et en sommant les voxels ainsi pondérés. The invention in turn provides a method of processing vascular radiographic images reconstructed by three-dimensional modeling, according to which: - from this three-dimensional modeling, a three-dimensional modeling known as masking is determined on which the calcified elements and the prosthesis elements appear , but not the vascular elements, and - a three-dimensional modeling known as subtracted is determined on which the vascular elements appear alone, characterized in that one merges one and the other of these two models by weighting their voxels so as to increase the contrast between the images of the masking modeling and the images of the subtracted modeling and by summing the voxels thus weighted.

On dispose ainsi d'images tridimensionnelles fusionnées sur lesquelles les calcifications et les prothèses apparaissent particulièrement nettement. We thus have three-dimensional fused images on which calcifications and prostheses appear particularly clearly.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un système pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention ; - la figure 2 est un organigramme illustrant schématiquement les différentes étapes du traitement proposé par l'invention ; - la figure 3 est un exemple de courbe possible pour l'une des fonctions utilisées dans le traitement ; - les figures 4a et 4b illustrent une modélisation 3D et une vue en coupe obtenue à partir de celle-ci, dans le cas d'une mise en oeuvre d'un procédé conforme à un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 5a et 5b illustrent un autre exemple de mise en oeuvre. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting and must be read with reference to the appended drawings in which: - Figure 1 schematically represents a system for the implementation a process according to the invention; - Figure 2 is a flow diagram schematically illustrating the different stages of the processing proposed by the invention; - Figure 3 is an example of a possible curve for one of the functions used in the processing; - Figures 4a and 4b illustrate a 3D modeling and a sectional view obtained from it, in the case of an implementation of a method according to an embodiment of the invention; - Figures 5a and 5b illustrate another example of implementation.

Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit. An example of implementation of the invention will now be described.

Dans cet exemple, on suppose que l'on dispose d'un jeu d'images angiographiques bi-dimensionnelles obtenues autour d'une zone In this example, we assume that we have a set of two-dimensional angiographic images obtained around an area

anatomique donnée d'un patient et que ces images permettent de reconstruire des modélisations tridimensionnelles de ladite zone anatomique et en particulier des modélisations tridimensionnelles soustraites et de masquage. anatomical data of a patient and that these images make it possible to reconstruct three-dimensional models of said anatomical area and in particular three-dimensional models subtracted and masking.

Ces images angiographiques peuvent par exemple être obtenues par fluoroscopie sous rayons X, etc.. These angiographic images can for example be obtained by fluoroscopy under X-rays, etc.

Elles sont stockées et traitées dans une unité de traitement 5, laquelle est reliée à des moyens d'interface 6 qui permettent notamment l'affichage des images radiographiques (figure 1). They are stored and processed in a processing unit 5, which is connected to interface means 6 which allow in particular the display of the radiographic images (FIG. 1).

Le traitement proposé peut alors être réalisé en quatre étapes successives. The proposed treatment can then be carried out in four successive stages.

Selon une première étape (étape 1 sur la figure 2), l'utilisateur définit un volume qui pour lui constitue la zone à laquelle il s'intéresse. According to a first step (step 1 in FIG. 2), the user defines a volume which for him constitutes the area in which he is interested.

La région d'intérêt sera notamment préférentiellement définie de façon à ne comprendre qu'un nombre limité d'os tout en incluant totalement la ou les portions de vaisseau sanguin que l'utilisateur souhaite visualiser, avec leurs éventuels éléments calcifiés et prothèses. The region of interest will in particular preferably be defined so as to include only a limited number of bones while fully including the portion or portions of blood vessel that the user wishes to visualize, with their possible calcified elements and prostheses.

Notamment, il peut être prévu que l'utilisateur sélectionne sur une modélisation 3D qui s'affiche devant lui les vaisseaux qu'il souhaite visualiser et que le système détermine automatiquement les limites de ces vaisseaux. In particular, it can be expected that the user selects on a 3D modeling which is displayed in front of him the vessels that he wishes to visualize and that the system automatically determines the limits of these vessels.

En variante, il peut être prévu que l'utilisateur puisse faire sa sélection en agrandissant des zones de délimitation. As a variant, provision may be made for the user to be able to make his selection by enlarging the delimitation zones.

Dans une deuxième étape (étape 2), le système reconstruit automatiquement les modélisations tridimensionnelles qui correspondent à la reconstruction soustraite et à la reconstruction de masquage pour la zone sélectionnée. In a second step (step 2), the system automatically reconstructs the three-dimensional models that correspond to the subtracted reconstruction and the masking reconstruction for the selected area.

Dans une troisième étape (étape 3), le système met en oeuvre un traitement de fusion 3D des deux modélisations ainsi obtenues. In a third step (step 3), the system implements a 3D fusion processing of the two models thus obtained.

Dans une quatrième étape enfin (étape 4), l'image 3D fusionnée ainsi obtenue est affichée sur les moyens d'interface 6. Finally in a fourth step (step 4), the merged 3D image thus obtained is displayed on the interface means 6.

La fusion des deux modélisations n'a bien entendu de sens que dans l'hypothèse où les modélisations 3D soustraite et de masquage ont The merging of the two models of course only makes sense if the 3D models subtracted and masking have

été obtenues à partir de la même acquisition angiographique et qu'elles correspondent au même référentiel 3D. were obtained from the same angiographic acquisition and that they correspond to the same 3D reference system.

Le traitement de fusion se fait voxel par voxel, en calculant l'intensité (coefficient d'atténuation) Fus (v) d'un voxel v de l'image fusionnée à partir de la formule :

où : - v représente les coordonnées du voxel, - Sub (v) est l'intensité (c'est à dire le coefficient d'atténuation) du voxel v de la modélisation soustraite, - Mask (v) est l'intensité (c'est à dire le coefficient d'atténuation) du voxel v de la modélisation 3D de masquage, - Moy (Sub) est l'intensité moyenne calculée soit sur l'ensemble du volume considéré, soit vaisseau par vaisseau-en utilisant une détermination automatique des limites des vaisseaux ou portion de vaisseau par portion de vaisseau, soit encore le long de portions de droites qui constituent les directions principales d'un vaisseau ; - Vo est une constante prédéterminée qui représente l'intensité moyenne désirée pour la représentation du vaisseau sur l'image fusionnée, - a est une constante de valeur prédéterminée qui a une valeur supérieure à 1 (par exemple 10) de façon à augmenter le contraste entre les structures présentes dans la modélisation non soustraite (prothèse vasculaire, calcification,...), par rapport aux vaisseaux sanguins, - Yb est une fonction monodimensionnelle qui est par exemple une droite linéaire, mais qui peut être une fonction plus compliquée (c. f. figure 3) qui dépend d'une valeur seuil b et qui est constituée de trois parties : * Yb est nul dans l'intervalle [0, b], * Yb varie linéairement entre b et une valeur b+bo, le coefficient de linéarité étant égal à 1, * Yb est, dans l'intervalle [b+bo ; +oc [, une fonction qui croît de façon moins importante que la fonction linéaire d'intensité utilisée The fusion processing is done voxel by voxel, by calculating the intensity (attenuation coefficient) Fus (v) of a voxel v of the merged image from the formula:

where: - v represents the coordinates of the voxel, - Sub (v) is the intensity (ie the attenuation coefficient) of the voxel v of the subtracted modeling, - Mask (v) is the intensity (c (i.e. the attenuation coefficient) of the voxel v of the 3D masking modeling, - Moy (Sub) is the average intensity calculated either over the entire volume considered, or vessel by vessel - using an automatic determination boundaries of vessels or portion of vessel by portion of vessel, that is to say along portions of straight lines which constitute the main directions of a vessel; - Vo is a predetermined constant which represents the average intensity desired for the representation of the vessel on the fused image, - a is a constant of predetermined value which has a value greater than 1 (for example 10) so as to increase the contrast between the structures present in the non-subtracted modeling (vascular prosthesis, calcification, ...), relative to the blood vessels, - Yb is a monodimensional function which is for example a linear line, but which can be a more complicated function (cf. figure 3) which depends on a threshold value b and which is made up of three parts: * Yb is zero in the interval [0, b], * Yb varies linearly between b and a value b + bo, the linearity coefficient being equal to 1, * Yb is, in the interval [b + bo; + oc [, a function which increases less significantly than the linear intensity function used

entre b et b+bo ; cette fonction est par exemple la fonction ajustée pour assurer la continuité de la dérivée au premier ordre de la fonction Yb, cette troisième partie permettant d'éviter les effets de saturation lorsque des éléments métalliques fortement absorbants sont présents sur l'image de masquage. between b and b + bo; this function is for example the function adjusted to ensure the continuity of the first order derivative of the function Yb, this third part making it possible to avoid the effects of saturation when highly absorbent metallic elements are present on the masking image.

Le rôle du seuil b est de supprimer le bruit ambiant présent dans la modélisation reconstruite ou soustraite, avant d'augmenter son contraste. The role of threshold b is to suppress the ambient noise present in the reconstructed or subtracted modeling, before increasing its contrast.

Une estimation robuste automatique possible de ce seuil est obtenue de la façon suivante : - calcul d'un histogramme lissé sur la modélisation de masquage et ce sur la région de traitement sélectionnée, le lissage se faisant par moyenne sur une fenêtre de lissage d'une taille prédéterminée, - détermination de la valeur minimum de la dérivée au premier ordre de cet histogramme, l'intensité ainsi obtenue étant le seuil b. A possible automatic robust estimate of this threshold is obtained in the following way: - calculation of a smoothed histogram on the masking modeling and this on the selected treatment region, the smoothing being done by average over a smoothing window of a predetermined size, - determination of the minimum value of the first order derivative of this histogram, the intensity thus obtained being the threshold b.

La multiplication par le coefficient"a"n'est avantageusement réalisé qu'après le filtrage au moyen de ce seuil b. The multiplication by the coefficient "a" is advantageously carried out only after filtering by means of this threshold b.

Des exemples d'images fusionnées obtenues de la façon qui vient d'être décrite sont donnés sur les figures 4a et 4b, ainsi que 5a et 5b, les images des figures 4a et 4b étant respectivement des vues en coupe et en perspective mettant en évidence des calcifications apparaissant autour de vaisseaux, les images des figures 5a et 5b étant respectivement des vues en coupe et en perspective mettant en évidence des prothèses vasculaires (stents). Examples of merged images obtained in the manner just described are given in FIGS. 4a and 4b, as well as 5a and 5b, the images in FIGS. 4a and 4b being respectively sectional and perspective views highlighting calcifications appearing around vessels, the images of FIGS. 5a and 5b being respectively sectional and perspective views showing vascular prostheses (stents).

On constate que les calcifications ou les stents apparaissent particulièrement clairement sur ces images, ce qui facilite leur interprétation. It is noted that the calcifications or the stents appear particularly clearly on these images, which facilitates their interpretation.

Bien entendu, il est possible à l'utilisateur de modifier au cours du traitement certains paramètres et notamment de modifier les paramètres b et a si il souhaite ajuster les contrastes des différentes parties fusionnées et contrôler la brillance des images non soustraites. Of course, it is possible for the user to modify certain parameters during the processing and in particular to modify the parameters b and a if he wishes to adjust the contrasts of the various merged parts and control the brightness of the images not subtracted.

Des images ainsi obtenues sont similaires à celles qui peuvent être obtenues en angiographie CT. Images thus obtained are similar to those which can be obtained in CT angiography.

Une représentation bicolore peut en outre être envisagée. A two-color representation can also be envisaged.

Claims

CLAIMS 1. Method for processing vascular radiographic images reconstructed by three-dimensional modeling, according to which: - from this three-dimensional modeling, a three-dimensional modeling known as masking is determined on which the calcified elements and the prosthesis elements appear, but not the elements vascular, and - we determine a three-dimensional modeling called subtracted on which appear the vascular elements alone, characterized in that we merge one and the other of these two models by weighting their voxels so as to increase the contrast between the images of the masking modeling and the images of the modeling subtracted and by summing the voxels thus weighted.

2. Method according to claim 1, characterized in that the masking image is filtered by removing the intensities of voxel below a given threshold.

3. Method according to claim 2, characterized in that the weighting is applied to the voxels after filtering.

4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voxels of the masking modeling are weighted by applying to them a weighting law which, over at least one intensity range of voxels, is a linear function of intensity.

5. Method according to claim 4, characterized in that the voxels of the masking modeling are weighted by applying to them a weighting law which, beyond said range of intensity of voxels, increases less than the function intensity linear used for said intensity range.

6. Method according to claim 5, characterized in that the weighting law which is used beyond said intensity range is a function which, to within a multiplying coefficient, corresponds to the square root function.

7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voxels of the subtracted modeling are weighted by applying to them a coefficient which is the ratio between a value which corresponds to a desired average value for the voxels of said modeling in the merged modeling and an average value calculated on the voxels of the subtracted modeling.

8. Method according to claim 7, characterized in that the average value is calculated by determining the limits of the vessels or portions of the vessel and by calculating the average value in the area thus determined.

9. Method according to claim 7, characterized in that the average value is calculated by determining portions of lines which constitute the main directions of a vessel and by calculating the average value on these portions of lines.

10. Method according to one of the preceding claims, characterized in that one selects beforehand a selection of the anatomy zone that one wishes to visualize, the masking and subtracted modeling and the merged modeling being determined for said area.

11. Method according to claim 10, characterized in that the merged modeling is done by pointing the portion or portions of vessels that the user wishes to view and automatic determination of the limits of this or these portions of vessels.

12. Medical imaging system, comprising means (5) for processing three-dimensional modeling and means (6) for displaying radiographic images reconstructed by these modeling, characterized in that the processing means (5) include means for implementing a method according to one of the preceding claims.