FR2946519A1

FR2946519A1 - Procede d'imagerie medicale selon lequel on superpose a des images 2d des vues correspondant a des images 3d.

Info

Publication number: FR2946519A1
Application number: FR0953952A
Authority: FR
Inventors: Yves Trousset; Florence Grassin; Elisabeth Soubelet; Cyril Riddell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-12-17
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: US20100315487A1; JP5623144B2; JP2010284524A; DE102010017318A1; FR2946519B1

Abstract

L'invention concerne un procédé utilisant un dispositif d'imagerie définissant une géométrie d'acquisition d'images 2D d'une zone d'observation, zone pour laquelle on dispose d'une représentation 3D à partir de laquelle on peut déterminer des vues 2D de la représentation 3D suivant la géométrie d'acquisition du dispositif d'imagerie pour une pluralité de points de vue, de sorte que chaque image 2D acquise peut être superposée à toute vue de cette pluralité de vues. En variante, on détermine sur la représentation 3D deux vues correspondant au point de vue où l'oeil est placé au niveau du plan de formation de l'image acquise (vue dite frontale et correspondant à l'image 2D), et au point de vue où l'oeil est placé au point focal de la géométrie projective (vue arrière au sens où il est opposé au point de vue de l'image 2D). Ces deux images permettent la génération de deux images de superposition à l'image acquise définissant une superposition de l'image acquise avec une vue avant de la représentation 3D de la zone d'observation et une superposition de l'image acquise avec une vue arrière de la représentation 3D de la zone d'observation.

Description

PROCEDE D'IMAGERIE MEDICALE SELON LEQUEL ON SUPERPOSE A DES IMAGES 2D DES VUES CORRESPONDANT A DES IMAGES 3D DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR La présente invention est relative à l'imagerie.

Elle concerne plus particulièrement les procédés d'imagerie selon lesquels on superpose à des images 2D d'une zone d'observation des vues correspondant à des représentations 3D de la même zone d'observation. Elle concerne plus particulièrement les techniques de fluoroscopie qui sont classiquement utilisées, notamment en radiologie interventionnelle, pour io permettre de visualiser en temps réel, pendant l'intervention, des images fluoroscopiques 2D de la zone sur laquelle on intervient. Le chirurgien peut ainsi se repérer quant à sa navigation dans les structures vasculaires et vérifier le positionnement de ses outils et leur déploiement. Dans la technique dite de fluoroscopie augmentée 3D ( 3D Augmented 15 Fluoroscopy ou 3DAF selon la terminologie anglo-saxonne couramment utilisée), on complète cette information en superposant à l'image 2D une vue 2D d'une représentation 3D préalablement acquise de la zone d'observation contenant la structure ou l'organe sur lequel on intervient. On entend, dans le cadre de la présente invention, par vue 2D , une 20 représentation dans un plan d'une représentation 3D. Cette vue 2D est à cet effet calculée pour correspondre à la même géométrie d'acquisition que celle définie par l'image fluoroscopique 2D à laquelle on la superpose. Un exemple de traitement en ce sens est notamment décrit dans la demande de brevet intitulée Method and apparatus for 25 acquisition geometry of an imaging system (US 2007-0172033). L'information donnée au praticien par cet affichage superposé reste toutefois limité puisque la vue 2D est calculée pour une seule géométrie d'acquisition, celle de l'image fluoroscopique 2D. 30 PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION 2 L'invention concerne un procédé d'imagerie médicale utilisant au moins une image 2D d'une zone d'observation d'un patient acquise par un dispositif d'imagerie définissant une géométrie d'acquisition, zone pour laquelle on dispose d'une représentation 3D caractérisé en ce que le procédé comprend la détermination d'au moins deux vues 2D de la représentation 3D suivant la géométrie d'acquisition du dispositif d'imagerie pour au moins deux points de vue différents de la zone d'observation, de sorte à permettre la superposition de l'image 2D à chaque vue 2D. Dans le cas où la vue est un rendu volumique impliquant la gestion des io parties cachées, l'information présentée est différente et complémentaire puisque si une partie A cache une partie B pour un point de vue, la partie B cache la partie A pour le point de vue opposé. Le médecin dispose alors à la fois d'une vue 2D avant et d'une vue 2D arrière des parties de la structure ou de l'organe sans qu'il lui soit nécessaire 15 de changer l'angle de prise de vue et donc la géométrie d'acquisition de l'image fluoroscopique 2D. Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants : - l'image 2D est acquise en interposant ladite zone entre une source et 20 un récepteur, le premier point de vue de la zone d'observation étant situé du côté de la source et le deuxième point de vue de la zone d'observation étant situé du côté du récepteur, - le dispositif d'imagerie définit une géométrie d'acquisition conique présentant un axe de révolution, le premier point de vue de la zone 25 d'observation étant situé sur l'axe de révolution au niveau du plan de formation de l'image 2D, et le deuxième point de vue de la zone d'observation étant situé sur l'axe de révolution au niveau du point focal de la géométrie projective, - le procédé comprend en outre la génération d'au moins deux images 30 de superposition, chaque image de superposition correspondant à la superposition de l'image 2D avec une vue 2D respective de la représentation 3D.

Dans un mode de mise en oeuvre par exemple, les images étant acquises au moyen d'un appareillage à source de rayonnement conique : On applique à la représentation 3D originale préalablement acquise une matrice de conversion géométrique telle que tous les rayons issus du point focal de la source et traversant la représentation 3D suivant la géométrie d'acquisition avant conversion sont parallèles après conversion. Et on détermine sur la représentation 3D convertie une vue suivant une géométrie de visualisation parallèle équivalente à la géométrie io d'acquisition sur la représentation 3D originale et selon un point de vue où la profondeur est définie depuis le plan de formation de l'image de la géométrie d'acquisition (vue avant). Dans un autre mode de mise en oeuvre encore : • On détermine sur la représentation 3D une vue suivant la géométrie 15 d'acquisition de l'image 2D et on obtient ainsi la vue arrière. Pour obtenir la vue avant, c'est-à-dire selon un point de vue où la profondeur est définie depuis le plan image, on inverse les valeurs rentrées dans la mémoire tampon de profondeur. Si le point focal est à l'infini, on se ramène au cas simple où la 20 géométrie d'acquisition est parallèle et où la conversion géométrique de la représentation 3D est égale à l'identité. L'invention concerne également un système d'imagerie médicale comprenant un dispositif d'imagerie définissant une géométrie d'acquisition et permettant l'acquisition d'au moins une image 2D d'une zone d'observation 25 d'un patient, zone pour laquelle on dispose d'une représentation 3D remarquable en ce que le système comprend des moyens pour la détermination d'au moins deux vues 2D de la représentation 3D suivant la géométrie d'acquisition du dispositif d'imagerie pour au moins deux points de vue différents de la zone d'observation, de sorte à permettre la superposition 30 de l'image 2D à chaque vue 2D. L'invention concerne également un système d'imagerie médicale comportant une source de rayonnement et un capteur d'acquisition d'images 2D, au moins une mémoire pour le stockage d'au moins une image 3D préalablement acquise, une unité de traitement qui détermine sur ladite image 3D une vue frontale selon un même angle de prise de vue que celui de l'image 2D, un écran d'affichage sur lequel ladite unité de traitement affiche de façon superposée ladite image 2D et ladite vue frontale, le système étant remarquable en ce que ladite unité de traitement détermine en outre sur ladite représentation 3D une vue arrière superposable à l'image 2D. L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur comportant des instructions de programmation aptes à déterminer sur une image 3D une vue arrière selon un même angle de prise de vue que celui de l'image 2D, caractérisé en ce que les instructions de programmation sont en outre aptes à déterminer sur ladite image 3D une vue frontale de ladite image 3D et à afficher une superposition de la vue frontale et de l'image 2D.

PRÉSENTATION DES FIGURES 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 figures annexées sur lesquelles : - La figure 1 illustre un exemple d'appareillage conforme à un mode 20 de réalisation possible de l'invention ; - Les figures 2a et 2b illustrent deux modes de mises en oeuvre possibles pour un procédé conforme à l'invention ; - La figure 3 est une représentation schématique illustrant la conversion géométrique due à la forme conique du rayonnement 25 ainsi que la position d'un point de vue inversé par rapport au point de vue de la source ; - Les figures 4a, 4b sont des exemples d'images frontale (ou avant) et postérieure (ou arrière) obtenues avec un procédé selon les figures 2a ou 2b (vues sans transparence de la représentation 3D) ; 30 - Les figures 5a, 5b sont des exemples d'images frontale et arrière obtenues avec un procédé selon les figures 2a ou 2b (vues avec transparence de la représentation 3D).

DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN îUVRE ET DE RÉALISATION Généralités L'appareillage représenté sur la figure 1 comporte un bras 1 en C qui 5 porte à l'une de ses extrémités une source 2 de rayonnement et à son autre extrémité un capteur 3. De façon classique, le bras en C est apte à être pivoté autour de l'axe d'une table 4 destinée à recevoir le patient à imager et à être déplacé par rapport à cette table 4 selon divers mouvements, schématisés par les doubles io flèches sur la figure, de façon à permettre de régler le positionnement dudit bras par rapport à la partie du patient que l'on veut imager. La source 2 est par exemple une source de rayons X. Elle projette un rayonnement conique qui est reçu par le capteur 3 après avoir traversé le patient que l'on veut imager. Le capteur 3 est de type matriciel et comporte à 15 cet effet une matrice (3a) de détecteurs. Les signaux en sortie des détecteurs de la matrice (3a) sont numérisés et une unité de traitement (5) reçoit, traite et le cas échéant mémorise les images numériques 2D ainsi obtenues. Avant et après traitement, les images numériques 2D ainsi obtenues peuvent également être mémorisées 20 indépendamment de l'unité de traitement (5), tout support pouvant à cet effet être utilisé : CD-ROM, clé USB, mémoire d'un serveur central, etc... Classiquement par exemple, on acquiert préalablement à une intervention un jeu d'images 2D de l'organe sur lequel on veut intervenir en faisant tourner le bras en C autour du patient. Le jeu d'images 2D ainsi 25 obtenues est ensuite traité pour calculer une représentation 3D de l'organe sur lequel on souhaite intervenir. Les traitements pour isoler un organe donné et déterminer une représentation 3D à partir d'un jeu d'images 2D sont en eux-mêmes classiquement connus. L'affichage d'une vue 2D de la représentation 3D se fait alors selon une 30 géométrie de visualisation donnée contenant une direction z de prise de vue, direction orthogonale au plan de formation de la vue 2D et dont l'origine définit le point de vue. La direction z définit donc une profondeur par rapport au point de vue telle que les premiers plans sont définis pour des z proches de 0 et les plans éloignés par des z grands. Les points de la représentation 3D qui correspondent aux coordonnées x, y dans le plan de formation de la vue 2D orthogonal à la direction de prise de vue z sont projetés en fonction de leur profondeur z dans ladite direction. A cet effet, on constitue pour chaque point de coordonnées x, y de la vue 2D à afficher une mémoire tampon de profondeur, dans laquelle les voxels de la représentation 3D sont mémorisés en fonction de leur profondeur z. Cette mémoire tampon de profondeur fait elle-même l'objet d'un traitement pour que la vue 2D affichée fasse apparaître les parties de la vue 2D qui sont au premier plan et ne fasse pas apparaître io les parties cachées (plan arrière). De tels traitements sont en eux-mêmes classiquement connus. La vue 2D de la représentation 3D peut être affichée en superposition à une image 2D dont on connait la géométrie d'acquisition, par exemple une image fluoroscopique acquise en temps réel pendant une intervention. Un 15 exemple de traitement en ce sens est notamment décrit dans le brevet Method for the improved display of co-registered 2D-3D images in medical imaging (US 2007/0025605).

Traitement et affichage 20 Ainsi qu'illustré sur la figure (2a), il est mis en oeuvre sur les représentations 3D le traitement suivant. Dans une première étape Al, on applique à la représentation 3D originale en mémoire une matrice de conversion géométrique destinée à permettre une visualisation en géométrie parallèle équivalente à la 25 visualisation utilisant la géométrie d'acquisition conique du rayonnement de la source 2 de la représentation 3D originale. Comme l'illustre en effet la figure 3, on comprend que du fait de la forme conique 6 du rayonnement de la source 2, la projection de la partie de l'organe proche du point focal que l'on veut visualiser sur le plan du capteur 3 30 fait l'objet d'une distorsion homothétique par rapport à la projection de la partie proche du détecteur 3. Si cette distorsion est appliquée avec la matrice de conversion géométrique, la visualisation peut être établie en géométrie parallèle sur la représentation convertie. 7 Dans une deuxième étape B1 on détermine la valeur d'un point de la vue 2D que l'on veut afficher en projetant parallèlement d'un point de vue arrière (figure 3a), l'inverse du point de vue frontale de l'image acquise 2D (point de vue à 180° par rapport à celui de l'image acquise 2D - figure 3) Une autre façon de procéder, illustrée sur la figure 2b, consiste à déterminer A2 la vue 2D de la représentation 3D telle que projetée pour correspondre à la géométrie de l'image 2D tout en inversant B2 les coordonnées des mémoires tampon de profondeur, de manière à inverser le point de vue 9, 10 et obtenir ainsi une vue 2D frontale 7 susceptible d'être io superposée à l'image 2D. Les deux façons de procéder sont équivalentes et permettent dans les deux cas d'obtenir une vue 2D frontale 7 de la représentation 3D, qui peut être affichée, comme usuellement la vue 2D arrière 8, en étant superposée à l'image 2D fluoroscopique. 15 On permet donc au praticien de disposer de deux vues 2D 7, 8 superposées à l'image fluoroscopique 2D : l'une frontale 7 et l'autre arrière 8, de l'organe sur lequel il intervient. Ces deux vues 2D de la représentation 3D superposées à l'image fluoroscopique 2D peuvent être affichées successivement ou simultanément 20 sur un écran l'une à côté de l'autre. Des exemples de vue 2D frontale et arrière 7, 8 obtenues de cette façon sont donnés sur les figures 4a et 4b (vues 2D sans transparence) et 5a, 5b (vues 2D avec transparence). On comprend qu'un tel affichage de vues 2D de représentation 3D 25 correspondant à des vues 2D frontale et arrière offre au praticien une meilleure appréhension de son geste. A titre d'exemple, dans le cas d'un anévrisme multilobes intracrânien, on peut visualiser les lobes d'un côté et de l'autre de la tête et mieux appréhender l'anévrisme sur lequel on intervient. 30 Egalement encore, un tel affichage frontal et arrière a l'avantage d'aider le praticien à lever certaines ambiguïtés de positionnement de ses outils. Ainsi par exemple, en électrophysiologie, le fait de pouvoir visualiser la pointe du cathéter selon deux vues 2D différentes permet au chirurgien de mieux cerner la zone du coeur au niveau de laquelle se trouve son outil.

Comme on l'aura compris, le traitement qui vient d'être décrit est réalisé de façon numérique, par exemple par l'unité 5, l'affichage étant réalisé sur un écran 5a de ladite unité. Les instructions de programmation correspondant à ce traitement peuvent être mémorisées dans des mémoires mortes de l'unité 5 ou tout support informatique adéquat : CD-ROM, clé USB, mémoire d'un serveur distant, etc...

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé d'imagerie médicale utilisant au moins une image 2D d'une zone d'observation d'un patient acquise par un dispositif d'imagerie définissant une géométrie d'acquisition, zone pour laquelle on dispose d'une représentation 3D caractérisé en ce que le procédé comprend la détermination d'au moins deux vues 2D (7, 8) de la représentation 3D suivant la géométrie d'acquisition du dispositif d'imagerie pour au moins deux points de vue (9, 10) différents de la zone d'observation, de sorte à permettre la superposition de l'image 2D à chaque vue 2D (7, 8).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'image 2D est acquise en interposant ladite zone entre une source (2) et un récepteur (3), le premier point de vue (9) de la zone d'observation, dit point de vue arrière, étant situé du côté de la source (2) et le deuxième point de vue (10) de la zone d'observation, dit point de vue avant, étant situé du côté du récepteur (3).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif d'imagerie définit une géométrie d'acquisition conique (5) présentant un axe de révolution (11), le premier point de vue (9) de la zone d'observation, dit point de vue arrière, étant situé sur l'axe de révolution (11) au niveau du point focal de la géométrie projective de l'image, et le deuxième point de vue (10) de la zone d'observation, dit point de vue avant, étant situé sur l'axe de révolution au niveau du plan de formation de l'image 2D. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la génération d'au moins deux images de superposition , chaque image de superposition correspondant à la superposition de l'image 2D avec une vue 2D respective de la représentation 3D.5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que si les images sont acquises au moyen d'un appareillage à source de rayonnement conique ^ On applique à la représentation 3D originale préalablement acquise une matrice de conversion géométrique telle que tous les rayons issus du point focal de la source et traversant la représentation 3D suivant la géométrie d'acquisition avant conversion sont parallèles après conversion. ^ Et on détermine sur la représentation 3D convertie une vue 2D suivant une géométrie de visualisation parallèle équivalente à la géométrie d'acquisition sur la représentation 3D originale et selon un point de vue où la profondeur est définie depuis le plan de formation de l'image de la géométrie d'acquisition. 6. Procédé selon la revendication 1 à 4, caractérisé en ce que ^ On détermine sur la représentation 3D une vue suivant la géométrie d'acquisition de l'image 2D et on obtient ainsi la vue arrière. Pour obtenir la vue avant, c'est-à-dire selon un point de vue où la profondeur est définie depuis le plan image, on inverse les valeurs rentrées dans la mémoire tampon de profondeur. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on peut passer de la superposition de la vue frontale et de l'image 2D à la superposition de la vue arrière et de l'image 2D ou même les afficher simultanément. 8. Système d'imagerie médicale comprenant un dispositif d'imagerie définissant une géométrie d'acquisition et permettant l'acquisition d'au moins une image 2D d'une zone d'observation d'un patient, zone pour laquelle on dispose d'une représentation 3D caractérisé en ce que le système comprend des moyens pour la détermination d'au moins deux vues 2D (7, 8) de la représentation 3D suivant la géométrie d'acquisition du dispositif d'imagerie pour au moins deux points de vue (9,10) différents de la zone d'observation, de sorte à permettre superposition de l'image 2D à chaque vue 2D (7, 8). 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte - une source de rayonnement et un capteur d'acquisition d'images 2D, - au moins une mémoire pour le stockage d'au moins une image 3D préalablement acquise, - une unité de traitement qui détermine sur ladite image 3D une vue frontale selon un même angle de prise de vue que celui de l'image 2D, un écran d'affichage sur lequel ladite unité de traitement affiche de façon superposée ladite image 2D et ladite vue frontale, ladite unité de traitement déterminant en outre sur ladite représentation 3D une vue arrière superposable à l'image 2D. 10. Système d'imagerie médicale selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la source de rayonnement étant conique, l'unité de traitement, pour calculer la vue frontale, est apte à ^ appliquer à la représentation 3D originale préalablement acquise une matrice de conversion géométrique telle que tous les rayons issus du point focal de la source et traversant la représentation 3D suivant la géométrie d'acquisition avant conversion sont parallèles après conversion, déterminer sur la représentation 3D convertie une vue 2D suivant une géométrie de visualisation parallèle équivalente à la géométrie d'acquisition sur la représentation 3D originale et selon un point de vue où la profondeur est définie depuis le plan de formation de l'image de la géométrie d'acquisition.11. Système d'imagerie médicale selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'unité de traitement est apte à calculer la vue frontale en déterminant sur ladite image 3D une vue projetée selon la géométrie d'acquisition de l'image 2D et en inversant l'information dans la mémoire tampon de profondeur, de manière à inverser le point de vue. 12. Système d'imagerie médicale selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'unité de traitement est apte à commander le passage, sur l'écran d'affichage, de la superposition de la vue frontale et de l'image 2D à la superposition de la vue arrière et de l'image 2D ou 10 même les afficher simultanément. 13. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 7 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 15