FR3035991A1 - Procede de generation d'un modele virtuel en trois dimensions d'au moins une partie d'un squelette d'un individu - Google Patents

Abstract

Procédé de génération d'un modèle virtuel en trois dimensions d'au moins une partie d'un squelette d'un individu, caractérisé en ce qu'à l'aide d'un dispositif d'imagerie (1) on observe l'individu (Ind) et: - d'une part, on génère une pluralité de paramètres extrinsèques au squelette de l'individu et représentatifs de la géométrie d'une enveloppe externe (E) ; et - d'autre part, on génère des images radiologiques sur lesquelles sont représentées ladite au moins une partie du squelette de l'individu ; et à l'aide desdits paramètres extrinsèques, on détermine dans les images radiologiques des zones d'intérêt à observer, puis on recherche dans ces zones d'intérêt des points caractéristiques d'os du squelette pour en déduire des positions relatives de ces os dans un référentiel spatial et ainsi générer ledit modèle virtuel en trois dimensions de ladite partie du squelette de l'individu.

Description

1 L'invention concerne le domaine de la génération d'un modèle virtuel en trois dimensions d'au moins une partie d'un squelette d'un individu. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Dans le domaine de la reconstruction en trois dimensions 3D des squelettes humains, on connait notamment les documents brevet FR2856170 et W02008146069 qui illustrent des méthodes pour déterminer des représentations géométrique en trois dimensions de tout ou partie du squelette de l'individu à partir de deux images radiologiques en rayons X de l'individu. Ces solutions de construction de représentation nécessitent une expertise de l'opérateur de radiologie et un temps important pour rechercher des points caractéristiques osseux de l'individu. Il est donc nécessaire de simplifier les opérations nécessaires à la reconstruction du modèle virtuel d'au moins une partie de squelette d'un individu observé. OBJET DE L'INVENTION A cette fin, un objet de la présente invention est de fournir un procédé de génération d'un modèle virtuel en trois dimensions adressant tout ou partie des inconvénients précités de l'art antérieur. RESUME DE L'INVENTION A cette fin, il est proposé selon l'invention un procédé de génération d'un modèle virtuel en trois dimensions d'au moins une partie d'un squelette d'un individu, caractérisé en ce qu'à l'aide d'un dispositif d'imagerie on observe au moins une partie de l'individu et: - d'une part, on génère une pluralité de paramètres extrinsèques au squelette de l'individu et représentatifs de la géométrie d'une enveloppe externe de cet individu ; et - d'autre part, à l'aide d'une projection de 3035991 2 rayons X sur ladite partie observée de l'individu, on radiologiques sur génère des images représentées ladite au l'individu ; 5 et à l'aide paramètres extrinsèques l'enveloppe externe de lesquelles sont moins une partie du squelette de de certains au moins desdits représentatifs de la géométrie de l'individu, on détermine dans les images radiologiques des zones d'intérêt à observer, puis on recherche dans ces zones d'intérêt des points 10 caractéristiques d'os du squelette pour en déduire des positions relatives de ces os dans un référentiel spatial et ainsi générer ledit modèle virtuel en trois dimensions de ladite partie du squelette de l'individu.

15 Typiquement, l'enveloppe externe de l'individu est constituée par la surface externe de contour de cet individu, qui est constituée par l'interface entre la peau de l'individu et l'espace entourant l'individu. Cette enveloppe est particulièrement simple à observer, y 20 compris avec des images radiologiques obtenues par projection de rayons X. Alors que les limites entre des tissus osseux et des tissus mous entourant ces tissus osseux sont difficilement visualisables car internes à l'individu et donc sujettes au bruit, on constate que la 25 limite entre l'espace entourant l'enveloppe et l'enveloppe de l'individu est facilement observable tout en présentant l'avantage d'être peu bruitée. Ainsi, en utilisant des paramètres extrinsèques 30 représentatifs de la géométrie de l'enveloppe externe de l'individu, on peut avec une certaine précision cibler des zones d'intérêt dans les images radiologiques obtenues par projection de rayons X afin - d'y rechercher des points caractéristiques d'os 35 du squelette pour en déduire des positions relatives de 3035991 3 ces os dans un référentiel spatial ; et ainsi - générer ledit modèle virtuel en trois dimensions de la partie observée du squelette de l'individu.

5 Le procédé selon l'invention permet de faciliter grandement l'identification de points caractéristiques d'os du squelette puisqu'à l'aide de paramètres extrinsèques au squelette, fiables et faciles à obtenir, 10 on cible des zones d'intérêt des images radiologiques et on limite ainsi l'étendue spatiale de la recherche. Il en résulte un gain de temps de recherche particulièrement important, ce qui permet de construire un modèle virtuel 3D avec une capacité de calcul 15 minimisée par rapport au cas où l'on devrait rechercher les points caractéristiques dans toutes les images radiologiques. Par ailleurs, pour les cas où la présence d'un opérateur est nécessaire, le fait de limiter le temps de 20 recherche et de faciliter cette recherche dans les images radiologiques limite le temps opérateur requis. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le modèle virtuel en trois dimensions de ladite partie du squelette de l'individu est généré à 25 l'aide des positions relatives des os dans le référentiel spatial qui ont été déduites à partir de points caractéristiques d'os du squelette qui ont été identifiés par la recherche dans les zones d'intérêt et ce modèle virtuel intègre des données morphologiques d'os obtenues 30 à partir d'observation des images radiologiques. Grâce à ce mode de réalisation des zones d'intérêt dites de « visibilité optimale » sont identifiées à partir de paramètres extrinsèques au squelette pour identifier facilement dans ces zones des 35 images radiologiques des points caractéristiques d'os du 3035991 4 squelette. Dans un second temps, ces points caractéristiques d'os identifiés dans les zones d'intérêt de « visibilité optimale » servent à localiser d'autres zones d'intérêt 5 dites à « visibilité intermédiaire » sur les images radiologiques car on sait, de manière statistique, localiser grossièrement certains os en utilisant des positions connues de points caractéristiques d'autres os. On peut ainsi repérer par itération, limiter des zones de 10 l'image qui seraient autrement difficilement délimitables en partant des seules radiologies au rayons X ou en partant de la seule enveloppe externe. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, lesdits paramètres extrinsèques au squelette 15 de l'individu et représentatifs de la géométrie de l'enveloppe externe comportent des paramètres morphologiques représentatifs de la morphologie de l'enveloppe externe et des paramètres de barycentre représentatifs de la localisation d'au moins un 20 barycentre d'une portion au moins de l'individu. A partir d'observation de l'individu, on peut déduire des paramètres de la morphologie de l'enveloppe extrinsèques au squelette et des paramètres de barycentre de portions de l'individu.

25 Comme la morphologie de l'enveloppe est liée à la forme du squelette, il est possible en partant de paramètres morphologiques extrinsèques au squelette, de localiser des zones d'intérêt où se trouvent des points caractéristiques d'os à rechercher.

30 De même, on sait que le squelette a notamment pour fonction de soutenir les masses de l'individu et il est ainsi possible de partir de paramètres de barycentre de l'individu pour localiser des zones d'intérêt où se trouvent des points caractéristiques d'os à rechercher.

35 Certains au moins des paramètres de barycentre 3035991 5 sont représentatifs de la localisation d'au moins un barycentre d'une portion au moins de la partie observée de l'individu. Par exemple, l'un au moins des paramètres de 5 barycentre est représentatif de la position d'une ligne de gravité de l'individu, par rapport au squelette de l'individu observé en position debout, cette ligne de gravité passant par un centre de gravité virtuel total estimé de l'individu.

10 En partant de la ligne de gravité de l'individu, on peut, dans l'hypothèse où une approche par symétrie serait pertinente pour l'individu observé, localiser des zones d'intérêt par symétrie vis-à-vis de cette ligne. De même, certains points caractéristiques d'os 15 peuvent être repérés statistiquement par rapport à d'autres points caractéristiques d'os en recherchant la distribution des projetées orthogonales de ces points caractéristiques d'os sur la ligne de gravité. Comme on le verra par la suite, ces répartitions statistiques 20 peuvent être utiles pour localiser automatiquement des zones d'intérêt devant contenir des points caractéristiques d'os du squelette par rapport à d'autres zones contenant des points caractéristiques d'os ou des paramètres barycentriques.

25 Il est à noter qu'un paramètre de barycentre représentatif de la position de la ligne de gravité de l'individu en position / posture debout par rapport au squelette de l'individu en position / posture debout, est obtenu : 30 en réalisant ladite observation de l'individu alors qu'il est en position debout ; puis en estimant une enveloppe virtuelle représentative de l'enveloppe de l'individu ; puis en décomposant cette enveloppe virtuelle en sous- 35 ensembles virtuels ; puis 3035991 6 en calculant pour chaque sous-ensemble virtuel donné une position estimée de centre de gravité virtuel propre à ce sous ensemble virtuel donné ; puis en attribuant à chaque centre de gravité virtuel 5 propre à un sous ensemble virtuel donné une masse estimée de ce sous ensemble virtuel donné; puis à l'aide des positions de l'ensemble des centres de gravité virtuels et des masses estimées de l'ensemble des centres de gravité virtuels, on détermine une 10 position d'un centre de gravité virtuel total de l'ensemble de l'enveloppe virtuelle de l'enveloppe de l'individu ; puis la ligne de gravité de l'individu dans ladite position debout est définie par une ligne verticale 15 passant par ce centre de gravité virtuel total. On note qu'un sous-ensemble virtuel donné représente les caractères d'un sous ensemble réel correspondant de l'enveloppe de l'individu observé. Par ailleurs, chaque masse estimée attribuée à un 20 centre de gravité virtuel propre à un sous-ensemble virtuel donné est représentative d'une masse réelle du sous ensemble réel donné correspondant. Une masse estimée attribuée à un centre de gravité virtuel propre à un sous-ensemble virtuel donné peut être par exemple estimée 25 à l'aide du volume estimé pour ce sous ensemble virtuel auquel on attribue une masse volumique déterminée à partir de tables de données types de répartition de masses pour ce volume estimé. Ces tables sont déterminées statistiquement à l'aide d'une population donnée.

30 Ainsi, un paramètre de barycentre peut être la localisation supposée d'un barycentre d'une portion de la partie observée de l'individu, cette localisation supposée étant calculée à l'aide de la forme de l'enveloppe externe observée.

35 Selon un mode de réalisation complémentaire des 3035991 7 précédents, à partir d'au moins un paramètre morphologique généré par observation d'une caractéristique morphologique de l'enveloppe externe de l'individu observée avec le dispositif d'imagerie, on 5 identifie le positionnement dans le référentiel spatial d'au moins une partie du squelette associée à ce paramètre morphologique. Un paramètre morphologique peut être une bosse, un creux, une courbure typique d'une morphologie qui est 10 identifiable en observant un paramètre extrinsèque au squelette tel que l'enveloppe E. Il est à noter que parmi les paramètres morphologiques extrinsèques au squelette, on peut avoir des dimensions de l'enveloppe mesurées sur l'enveloppe à 15 l'aide du dispositif d'imagerie, comme par exemple un tour de taille. Par exemple, on peut localiser des zones d'intérêt des images radiologiques contenant les épines iliaques du bassin de l'individu en observant simplement 20 des bosses de l'enveloppe externe qui sont des paramètres morphologiques extrinsèques au squelette. Selon ce mode de réalisation, une caractéristique morphologique de l'enveloppe de l'individu est observée à l'aide du dispositif d'imagerie, cette caractéristique 25 est représentée par un paramètre morphologique et à l'aide de ce paramètre morphologique le logiciel positionne spatialement dans le référentiel spatial, référentiel anatomo-gravitaire, une partie du squelette associé à ce paramètre morphologique.

30 Une caractéristique morphologique peut être par exemple une bosse visible sur l'enveloppe et générée par une épine iliaque postéro antérieure. A l'aide du dispositif d'imagerie, on estime un paramètre morphologique extrinsèque au squelette et que l'on 35 associe à la présence d'une caractéristique morphologique 3035991 8 intrinsèque au squelette, en l'occurrence une forme caractéristique de l'épine iliaque postéro antérieure. Selon une première méthode d'enrichissement du 5 modèle virtuel en trois dimensions du squelette, à l'aide du paramètre morphologique extrinsèque au squelette de l'individu et à l'aide d'une base de données statistique obtenue par observation d'un groupe d'individus et reliant statistiquement des paramètres 10 morphologiques extrinsèques de squelettes du groupe d'individus et des positions de parties de squelettes associées de ce groupe d'individus, on génère des zones d'intérêt à observer dans les images radiologiques. On suppose que ces zones d'intérêt à observer des 15 images contiennent une représentation d'un point caractéristique de l'os, en l'occurrence la forme caractéristique de l'os iliaque. Idéalement, la détermination dans les images radiologiques des zones d'intérêt à observer est 20 effectuée par une exécution d'un programme informatique de localisation de zones (ci-après aussi appelé moteur de recherche informatisé) utilisant une base de données statistique de détection de zones d'intérêt. Cette base de données contient des liens indiquant chacun la 25 localisation statistique d'une zone d'intérêt dans une image radiologique donnée à partir de la localisation observée d'un paramètre extrinsèque caractéristiques l'enveloppe externe d'un individu donné.

30 A l'aide d'un moteur de recherche informatisé associé à une base de données statistique de caractéristiques d'os d'individus, on recherche dans les zones d'intérêt des images radiologiques, la position du point caractéristique de l'os concerné et lorsque cette 35 position est identifiée, on complète le modèle virtuel en 3035991 9 indiquant la position de l'os concerné et préférentiellement des données morphologiques de cet os identifiées par le moteur de recherche. Selon cette première méthode d'enrichissement du 5 modèle virtuel, dans un premier temps on détermine automatiquement des zones d'intérêt dans les images radiologiques et on recherche automatiquement, dans les zones d'intérêt et grâce au moteur de recherche informatisé, les caractéristiques morphologiques d'os du 10 squelette et on positionne les os ainsi identifiés dans le modèle virtuel ainsi que des données morphologiques de ces os comme des surfaces osseuses estimées à partir des images radiologiques.

15 Cette première méthode a l'avantage d'être très précise pour positionner les os dans le modèle virtuel par rapport à d'autres os et à un référentiel spatial, mais elle nécessite une recherche dans la zone d'intérêt à l'aide d'un moteur de recherche, ce qui peut être 20 coûteux en temps de calcul. Dans certains cas où la corrélation entre le paramètre morphologique extrinsèque au squelette de l'individu observé sur l'enveloppe de l'individu est 25 considérée comme suffisamment précise, on peut utiliser une seconde méthode d'enrichissement du modèle virtuel. Il est à noter que ces deux méthodes d'enrichissement du modèle virtuel sont utilisées à tour de rôle ou simultanément pour enrichir un même modèle virtuel de 30 squelette d'un individu. Selon la seconde méthode d'enrichissement du modèle virtuel en trois dimensions du squelette, à l'aide du paramètre morphologique extrinsèque au squelette de 35 l'individu et à l'aide d'une base de données statistique 3035991 10 obtenue par observation d'un groupe d'individus et reliant statistiquement des paramètres morphologiques extrinsèques de squelettes du groupe d'individus et des positions de parties de squelettes associées de ce groupe 5 d'individus, on génère non pas des zones d'intérêt à observer dans les images radiologiques, mais on complète directement le modèle virtuel en indiquant la position de l'os concerné telle que calculée à partir de la position observée sur l'enveloppe de l'individu du paramètre 10 morphologique extrinsèque au squelette et de données statistiques de positionnement relatif entre paramètres morphologiques extrinsèques au squelette et paramètres morphologiques intrinsèques au squelette, ces données statistiques de positionnement étant contenues dans la 15 base de données statistique formée à l'aide du groupe d'individus. Cette seconde méthode d'enrichissement repose sur des observations statistiques de positions relatives entre paramètres morphologiques extrinsèques au squelette 20 et paramètres morphologiques intrinsèques au squelette. Comme elle ne comporte pas de recherche de caractéristiques osseuse dans une zone d'intérêt, elle est plus rapide mais sa précision est plus faible car elle dépend de l'écart existant entre la base de données 25 statistique et la réalité de l'individu observé. Ainsi, cette seconde méthode est privilégiée uniquement pour positionner dans le modèle virtuel des os bien identifiables à partir de l'observation de 30 l'enveloppe externe de l'individu, tels que l'épine iliaque postero antérieure. Selon un mode préférentiel, des caractéristiques intrinsèques au squelette visibles sur les images radiologiques et au moins un des paramètres extrinsèques 35 au squelette sont respectivement positionnés dans un même 3035991 11 référentiel spatial. Idéalement, ce référentiel spatial est un repère tel qu'un repère anatomo-gravitaire qui est un repère anatomique orienté selon l'axe de gravité de l'individu 5 observé en position debout. Cet axe de gravité est noté axe Z qui correspond à un axe vertical passant par le centre de gravité supposé de l'individu observé dans la position de prise de vue des images radiologique.

10 Ce repère est défini par deux autres axes, X et Y, chacun de ces trois axes X, Y, Z du repère est orienté par rapport aux deux autres axes du repère d'un angle de 900. Idéalement chaque axe est défini par un vecteur directeur placé à l'origine du repère et présentant une 15 norme identique à la norme des deux autres axes. Ainsi le repère anatomo-gravitaire est un repère orthonormé permettant de localiser et orienter chaque partie de l'individu par rapport à ce même repère.

20 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans 25 lesquels: - La figure 1 présente un dispositif d'imagerie 1 pour la mise en oeuvre de l'invention, - La figure 2 présente le résultat d'une estimation automatisée de localisation de zones d'intérêt 30 dites de « visibilité optimale » pour y localiser des positions en trois dimensions dans le repères anatomiques intrinsèques au squelette du sommet de l'odontoïde, du centre de vertèbre T9 et des têtes fémorales droite et gauche CTFd, CTFg ; 35 - La figure 3 présente le résultat d'une 3035991 12 estimation automatisée de localisation de zones d'intérêt dites de « visibilité intermédiaire» pour y localiser des positions en trois dimensions dans le repères anatomiques intrinsèques au squelette des vertèbres C7, L3 et Si en 5 utilisant des estimations de positions de caractéristiques d'os préalablement identifiées dans des zones d'intérêt de « visibilité optimale » ; - La figure 4 Présente un diagramme illustrant les différentes étapes chronologiques du procédé selon 10 l'invention, telles quelles sont exécutées par un calculateur utilisant : - des bases de données mettant en relation statistiques, des caractéristiques morphologiques, barycentriques de population et des zones d'intérêt dans 15 des images de radiologie ; - des moteurs de recherche dans des zones d'intérêt d'images radiologiques ; - logiciels pour compléter le modèle virtuel à l'aide de données du squelette identifiées par le moteur 20 de recherche. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Les images de ladite partie du squelette obtenues par projection de rayons X sont obtenues par 25 radiographies mono-planaire ou radiographies multiplanaires ou par tomodensitométrie. Le dispositif d'imagerie 1 permettant d'obtenir de telles images comporte : au moins une source de rayons X, en l'occurrence 30 deux Sl, S2 qui peuvent être fixes ou mobiles ; au moins une surface de détection, en l'occurrence deux Dl, D2, chaque surface Dl, D2 étant adaptée pour détecter des valeurs d'intensités de rayons X projetées par une des sources Sl, S2 correspondantes et 35 reçus en différents points de la surface détection 3035991 13 correspondante Dl, D2. L'enveloppe externe E, le squelette et les tissus mous placés autour des os du squelette dans l'enveloppe externe E atténuent la propagation des rayons X qui sont 5 projetés sur les surfaces de détection. Les images radiologiques Iml, Im2 générées par le dispositif 1, en fonction des intensités des rayons X détectés en différents points des surfaces de détection Dl, D2 sont donc représentatives des différents niveaux d'atténuation 10 d'intensité de chacun des rayons X détectés. Ces images sont donc des projections des différents coefficients d'absorption de rayons par les tissus de l'individu traversé par ces rayons. Par analyse des niveaux de gris de ces images Iml, Im2 ou d'autres paramètres tels que 15 des niveaux de contrastes ou niveaux de couleurs, on peut obtenir des représentations biplanes de l'enveloppe E de l'individu observé, de ses tissus mous et de ses tissus osseux qui forment son squelette.

20 Le dispositif d'imagerie 1 comprend en outre un calculateur Cal relié aux surfaces de détection Dl, D2 et sources de rayons X, Si, S2. Ce calculateur en fonction des positions relatives connues et calibrées entre les surfaces Dl, D2 et les sources Si, S2, met en oeuvre le 25 procédé selon l'invention en exécutant un ou plusieurs logiciels. Les logiciels exécutés par le calculateur réalisent : Une fonction de moteur de recherche informatisé 30 associé à une base de données statistique de caractéristiques d'os d'individus, pour générer automatiquement des zones d'intérêt dans les images radiologiques IM1, IM2, en fonction de paramètres extrinsèques au squelette ; et 35 Une fonction de moteur de recherche pour 3035991 14 rechercher automatiquement ou semi automatiquement dans ces zones d'intérêt (à visibilité optimale ou intermédiaire) des images radiologiques IM1, IM2, les positions de points caractéristiques de os concernés ; 5 Une fonction de logiciel pour positionner automatiquement dans le référentiel spatial (référentiel anatomo-gravitaire orthonormé ayant des axes X, Y, Z, l'axe Z étant l'axe vertical) des parties du squelette identifiées dans les zones d'intérêt, et pour compléter 10 automatiquement le modèle virtuel en 3D du squelette en indiquant les positions d'os identifiés et préférentiellement des données morphologiques identifiées par le moteur de recherche de cet os.

15 En recherche automatique, l'opérateur n'est pas sollicité et le calculateur génère lui-même des zones d'intérêt et des résultats de recherches qu'il effectue dans ces zones d'intérêt. Le logiciel présente préférentiellement une fonction de quantification de 20 risque d'erreur et en cas de risque trop important dans la détection de caractéristiques morphologiques du squelette observé sur les images IM1, IM2, il génère une alerte à l'attention de l'opérateur pour lui demander de confirmer ou modifier des zones du squelette supposées 25 identifiées. Il s'agit alors d'une recherche semi automatisée puisque le calculateur identifie une caractéristique supposée d'un os et demande à l'opérateur de valider ou éventuellement corriger cette caractéristique identifiée avant qu'elle ne soit utilisée 30 pour enrichir le modèle virtuel en trois dimensions. Pour faciliter l'interaction homme machine, le dispositif 1 comporte également un environnement relationnel homme / machine pouvant comporter écran(s) tactile(s) ou non, clavier et pointeur manuel.

35 3035991 15 La géométrie d'une partie de squelette de l'individu Ind est caractérisée par des paramètres appelés paramètres intrinsèques au squelette. Une caractéristique de forme estimée d'un os du squelette ou 5 la position estimée de cet os ou de cette caractéristique de l'os ou son orientation estimée par rapport à d'autres os ou des dimensions estimées de cet os constituent des exemples de paramètres intrinsèques au squelette de l'individu donné Ind.

10 L'enveloppe externe E de l'individu Ind ne fait pas partie du squelette de l'individu, et elle est par conséquent définie par des paramètres extrinsèques au squelette. Ces paramètres extrinsèques au squelette, sont 15 par exemple : des paramètres barycentriques de tout ou partie de l'individu ; et des paramètres représentatifs de caractéristiques géométriques d'au moins une partie de l'enveloppe externe 20 de l'individu qui est traversée ou non par les rayons X pour obtenir les images radiologiques. Ces paramètres extrinsèques ne sont donc pas des paramètres caractérisant la géométrie / forme du squelette. Parmi ces paramètres extrinsèques, on peut 25 trouver la position de la ligne de gravité de l'individu en position debout, des centres de gravité virtuels propres à des sous-ensembles virtuels de l'enveloppe ainsi que leurs positions estimées, des dimensions externes de l'enveloppe de l'individu, des formes de 30 cette enveloppe, telles que des courbures, des bosses ou des creux caractéristiques, des primitives géométriques approximant des morphologies correspondantes de l'enveloppe de l'individu ainsi que des paramètres descripteurs de telles primitives géométriques.

35 On note comme exemple de dimensions externes de 3035991 16 l'enveloppe un tour de hanches, un tour de torse, des longueurs de membres ou de portions de membres telle qu'une distance bassin-genou, une distance entre des centres de gravités de sous-ensembles virtuels de 5 l'enveloppe, comme une distance entre le centre de gravité de la tête et un centre de gravité du tronc de l'individu. Comme exemple de primitive géométrique approximant une morphologie correspondante de 10 l'enveloppe, on peut avoir une ellipse de tour de bassin approximant la forme du bassin vue dans un plan de coupe transversale virtuel de l'enveloppe de l'individu et passant par des points caractéristiques du bassin de l'individu observé. De cette primitive géométrique 15 dépend une position statistique du bassin et une information statistique de largeur de bassin qui permettent de définir une zone d'intérêt sur les images au rayons X pour par exemple y rechercher la présence de têtes fémorales.

20 Comme autre exemple de primitive géométrique approximant une morphologie correspondante du squelette, on peut avoir une courbure supposée de la colonne vertébrale de l'individu reconstituée à partir d'une observation de formes caractéristiques de l'enveloppe se 25 trouvant le long de la colonne vertébrale. Comme autre exemple de primitive géométrique approximant une morphologie correspondante du squelette, on peut avoir une courbe d'enveloppe du tronc observée selon un plan de coupe transversal de l'enveloppe de 30 l'individu, permettant de générer une primitive elliptique approximée de la courbe d'enveloppe du tronc (on note que cette courbe d'enveloppe du tronc peut être obtenue uniquement à partir d'une observation de l'enveloppe de l'individu sans utiliser l'imagerie au 35 rayons X). A partir de cette primitive géométrique on 3035991 17 peut facilement automatiser l'approximation de données intrinsèques au squelette comme des dimensions supposées de la cage osseuse thoracique ou des dimensions de côtes et ainsi générer des zones d'intérêt à observer dans les 5 images au rayon X ainsi pour affiner ces dimensions morphologiques supposée du squelette. Comme autre exemple de paramètre extrinsèque utile, on sait mesurer une longueur de cuisse et en déduire à l'aide de données statistiques une longueur 10 supposée du fémur correspondant pour ainsi cibler des zones d'intérêt à rechercher dans les images aux rayons X pour y trouver des caractéristiques du fémur telles que le col du fémur ainsi que, si nécessaire, d'autres caractéristiques intrinsèques au squelette telles que des 15 positions supposées d'autres points morphologiques du squelette corrélés statistiquement à la valeur de longueur supposée du fémur. Le choix des paramètres extrinsèques permet de cibler les données importantes permettant de localiser 20 les zones d'intérêt à rechercher sur les images rayons X et on limite ainsi la capacité de calcul nécessaire à la reconstruction du squelette. EXEMPLE DE DETERMINATION D'UN MODELE VIRTUEL DE 25 COLONNE VERTEBRALE D'UN INDIVIDU Comme on le voit sur la figure 4, une première étape du procédé selon l'invention consiste en l'observation d'au moins une partie de l'individu via : 30 au moins des images radiologiques par rayons X, en l'occurrence deux IM1, IM2, qui représentent au moins une partie du squelette de l'individu; éventuellement via la génération d'une représentation en trois dimensions d'au moins une partie 35 de l'enveloppe externe de l'individu.

3035991 18 Il est à noter que les documents brevet Fr 2 856 170 et W02008146069 décrivent des méthodes d'observation de caractéristiques du squelette via des 5 images radiologiques au rayons X. Le dispositif d'imagerie 1 peut dans certains cas comprendre, outre les moyens d'imagerie par rayons X utilisant des rayons X pour générer lesdites images 10 radiologiques IM1, IM2, des moyens optiques Opt reliés au calculateur et spécifiquement adaptés à générer une image externe de l'enveloppe de l'individu. Ces moyens optiques Opt sont ainsi reliés aux moyens d'imagerie par rayons X.

15 Dans ce mode, le dispositif d'imagerie permet de visualiser un même individu se trouvant dans une position définie, préférentiellement debout à l'aide des moyens d'imagerie par rayons X et à l'aide des moyens optiques spécifiquement adaptés à générer une image externe de 20 l'enveloppe de l'individu. Ces images externes et les images radiographiques sont préférentiellement réalisées simultanément pour pouvoir positionner ces images externes et radiographiques dans le même référentiel spatial et pouvoir ainsi augmenter le nombre 25 d'informations disponibles et exploitables sur l'individu observé. Ces moyens optiques Opt sont sélectionnés dans le groupe de moyens optiques comprenant un scanner de corps, 30 optique à frange de moiré dispositif à rayon laser, optoélectronique, stéréoscopique, caméra infrarouge. Qu'ils soient liés en simultané ou en différé, les moyens d'imagerie X et moyens optiques fonctionnent ensemble. Ces moyens optiques sont une première source 35 possible d'observation de paramètres extrinsèques au 3035991 19 squelette. Les images radiologiques obtenues par projection de rayons X sont une autre source d'observation de ces paramètres extrinsèques.

5 En effet, certains paramètres extrinsèques sont observables sur les images radiologiques et dans ce cas, on peut utiliser les images radiologiques pour générer ces paramètres extrinsèques au squelette. Ceci est possible pour des paramètres extrinsèques tels que la 10 forme ou la position de l'enveloppe de l'individu que l'on peut identifier par différence de contrastes et/ou couleurs et/ou niveau de couleur comme le niveau de gris sur la radiologie.

15 L'observation de l'individu permet de définir plusieurs paramètres extrinsèques au squelette (comme ceux visibles à la figure 2) : - Centre de gravité total du corps humain, permettant de définir la ligne de gravité (LG): 20 - Centre de gravité de la tête (CGTET): - Centre de gravité du tronc (CGTR): - Contour du bassin C défini dans un plan horizontal par une Ellipse passant au mieux par ce contour ; 25 - un repère anatomo-gravitaire Rb, avec comme ordonnée l'axe Z vertical, et comme axes X et Y respectivement les petit et grand axe de l'ellipse bassin ; - Un certain nombre de primitives géométriques 30 complémentaires peuvent être également définies, par exemple la localisation très approximative des Epines Iliaques Antéro-Supérieures droite et gauche EIASd, EIASg et Epines Iliaques Postéro-Supérieures droites et gauches dans le repère Rag (respectivement EIPSd et, 35 EIPSg) 3035991 20 Comme on le voit sur la figure 4, une fois les différents paramètres extrinsèques au squelette identifiés, on a deux options qui dépendent de la 5 facilité de détermination des zones d'intérêt recherchées sur les images radiologiques. Selon la première option, on détermine des zones d'intérêt à « visibilité optimale » dans les images 10 radiologiques par rayons X, pour y retrouver des caractéristiques morphologiques du squelette particulièrement visibles comme le Centre de Tête Fémoral droit CTFd, le Centre de Tête Fémoral gauche CTFg, OdC2, vertèbre T9) 15 Comme on le voit sur la figure 2 : a. A partir de la ligne de gravité LG et des paramètres bassin, nous pouvons estimer la position approximative des centres des têtes fémorales droit CTFd et gauche CTFg, en utilisant par exemple les méthodes de 20 Bell, Davis, ou des méthodes améliorées par inférences statistiques. Ces positions nous permettent d'avoir la zone d'intérêt de la recherche sur des radiographies frontale et sagittale IM1. L'utilisation de techniques de traitement d'image 25 (moteur de recherche) permettent d'avoir la détection automatisée sur la vue de face du contour de la tête fémorale, et ainsi d'en déduire la position de la projection sur la vue de face de CTFG et CTFD, ainsi qu'un estimé du rayon des sphères approximant les têtes 30 fémorales. En utilisant ces informations, ainsi que les lignes épipolaires permettant de mettre en correspondance la vue de face et la vue de profil, il est possible de 35 déduire la position de la projection sur la vue de profil 3035991 21 de CTFD et CTFG, et au final de déduire la position 3D de CTFd et CTFg. b. A partir du centre de gravité de la tête CGTET 5 et de LG, il est possible d'estimer la zone d'intérêt pour la détection par traitement d'image du sommet de l'odontoïde sur la vue de profil. En utilisant cette information, ainsi que les lignes épipolaires permettant de mettre en correspondance la vue de face et la vue de 10 profil, il est possible de déduire la position de la projection du sommet de l'odontoïde sur la vue de face, et au final de déduire la position 3D de l'odontoïde. c. A partir du centre de gravité du tronc 15 (CGTRONC) nous pouvons estimer la position de la vertèbre 19 à partir d'informations statistiques. Cette position peut être ajustée par traitement d'image lorsque l'information correspondante n'est pas trop bruitée. Ainsi, à la fin de l'étape c, nous avons de 20 manière automatisée, en utilisant les informations extrinsèques, des données statistiques et du traitement d'image, un estimé de la position 3D de repères anatomiques intrinsèques pour le sommet de l'odontoïde, le centre de 19 et des têtes fémorales CTF. 25 d. Comme illustré à la figure 4, à partir de LG, nous pouvons par exemple nous appuyer sur l'article de Steffen et al. 2009 (Localisation des vertèbres et de l'axe des têtes fémorales par rapport à la ligne de 30 gravité (Steffen et al, Eur Spine J 2009), pour définir les coordonnées X et Y approximatives du milieu du plateau de Si, et du centre des corps vertébraux (ou des plateaux vertébraux) des vertèbres Tl, L3, et Si, et des coordonnées X de la vertèbre 14. Le centre du corps 35 vertébral (ou les centres des plateaux de C7), peut aussi 3035991 22 être estimé. Il manque les coordonnées en Z de ces différents repères anatomiques. e. A partir de statistiques longitudinales sur 5 une base de données de reconstructions 3D obtenues grâce au recherches dans les zones d'intérêt à visibilité optimale, les données issues de l'étape c seront utilisées pour définir la position Z estimée des différents repères anatomiques mentionnés en étape d. 10 f. A l'issue de l'étape e, nous avons l'estimation des zones d'intérêt de certaines vertèbres spécifiques, et nous pouvons, par traitement d'image, détecter automatiquement des informations en termes de 15 contours ou de points permettant d'avoir la position ajustée des repères anatomiques définis en étape d et e. g. A l'issue de l'étape f nous disposons d'une information riche concernant plusieurs paramètres 20 intrinsèques, en plus des paramètres extrinsèques. Des statistiques longitudinales, complétées éventuellement par des statistiques entre paramètres extrinsèques et intrinsèques, permettent alors d'avoir un premier estimé de l'ensemble de la colonne vertébrale. 25 h. Dans une autre forme de l'invention l'étape g peut être remplacée comme suit. Un modèle générique global comportant l'enveloppe externe et le squelette peut être déformé par une méthode de transformation 30 géométrique (MLS, Krigeage, ou autre), en utilisant des points de contrôle résultant des paramètres extrinsèques et intrinsèques pour aboutir à une solution initiale. La solution initiale peut ensuite être ajustée par des méthodes manuelles ou automatiques. L'intérêt de 35 la méthode est que la méthode initiale ainsi produite 3035991 23 utilise un nombre plus grand de paramètres intrinsèques que ceux résultant d'une saisie manuelle, permettant ainsi d'améliorer aussi cette solution par rapport à l'existant, ce qui conduit à limiter le nombre 5 d'ajustements nécessaires pour la reconstruction 3D. Dans d'autres formes de l'invention, les paramètres extrinsèques pourraient être issus d'autres informations, par exemple des marqueurs radio-opaques 10 placés sur la peau, une plateforme de force donnant la ligne de gravité, ou encore des dimensions très globales telles que taille, tour de hanches, etc.") Cet exemple détaillé illustré par les figures 2, 15 3 et 4 permet donc la construction d'un modèle virtuel de la colonne vertébrale et du bassin d'un individu observé.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de génération d'un modèle virtuel en trois dimensions d'au moins une partie d'un squelette d'un individu, caractérisé en ce qu'à l'aide d'un dispositif d'imagerie (1) on observe au moins une partie de l'individu (Ind) et: - d'une part, on génère une pluralité de paramètres extrinsèques au squelette de l'individu et représentatifs de la géométrie d'une enveloppe externe (E) de cet individu (Ind) ; et - d'autre part, à l'aide d'une projection de rayons X sur ladite partie observée de l'individu, on génère des images radiologiques sur lesquelles sont représentées ladite au moins une partie du squelette de l'individu ; et à l'aide de certains au moins desdits paramètres extrinsèques représentatifs de la géométrie de l'enveloppe externe de l'individu, on détermine dans les images radiologiques des zones d'intérêt à observer, puis on recherche dans ces zones d'intérêt des points caractéristiques d'os du squelette pour en déduire des positions relatives de ces os dans un référentiel spatial et ainsi générer ledit modèle virtuel en trois dimensions de ladite partie du squelette de l'individu.
2. 2. Procédé de génération d'un modèle virtuel selon la revendication 1, dans lequel ledit modèle virtuel en trois dimensions de ladite partie du squelette de l'individu est généré à l'aide des positions relatives des os dans le référentiel spatial qui ont été déduites à partir de points caractéristiques d'os du squelette qui ont été identifiés par la recherche dans les zones d'intérêt et ce modèle virtuel intègre des données morphologiques d'os obtenues à partir d'observation des 3035991 25 images radiologiques.
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel lesdits paramètres 5 extrinsèques au squelette de l'individu et représentatifs de la géométrie de l'enveloppe externe comportent des paramètres morphologiques représentatifs de la morphologie de l'enveloppe externe et des paramètres de barycentre représentatifs de la localisation d'au moins 10 un barycentre d'une portion au moins de l'individu.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel certains au moins des paramètres de barycentre sont représentatifs de la localisation d'au moins un 15 barycentre d'une portion au moins de la partie observée de l'individu.
5. 5. Procédé selon l'une au moins des revendications 3 ou 4, dans lequel l'un au moins des 20 paramètres de barycentre est représentatif de la position d'une ligne de gravité de l'individu, par rapport au squelette de l'individu observé en position debout, cette ligne de gravité passant par un centre de gravité virtuel total estimé de l'individu. 25
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel à partir d'au moins un paramètre morphologique généré par observation d'une caractéristique morphologique de l'enveloppe externe de 30 l'individu observée avec le dispositif d'imagerie, on identifie le positionnement dans le référentiel spatial d'au moins une partie du squelette associée à ce paramètre morphologique. 35
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des 3035991 26 revendications 3 à 6, dans lequel un paramètre de barycentre peut être la localisation supposée d'un barycentre d'une portion de la partie observée de l'individu, cette localisation supposée étant calculée à 5 l'aide de la forme de l'enveloppe externe observée.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite détermination dans les images radiologiques des zones 10 d'intérêt à observer est effectuée par une exécution d'un programme informatique de localisation de zones utilisant une base de données statistique de détection de zones d'intérêt, cette base de données contenant des liens indiquant chacun la localisation statistique d'une zone 15 d'intérêt dans une image radiologique donnée à partir de la localisation observée d'un paramètre extrinsèque caractéristiques de l'enveloppe externe d'un individu donné. 20
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des caractéristiques intrinsèques au squelette visibles sur les images radiologiques et au moins un des paramètres extrinsèques au squelette sont respectivement 25 positionnés dans un même référentiel spatial.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédente, dans lequel certains au moins desdits paramètres extrinsèques au squelette sont déduits 30 à partir d'une analyse des images radiologiques.
11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédente, dans lequel le dispositif d'imagerie comprend, des moyens d'imagerie par rayons X 35 utilisant des rayons X pour générer lesdites images 3035991 27 radiologiques et des moyens optiques spécifiquement adaptés à générer une image externe de l'enveloppe de l'individu, ces moyens optiques étant reliés aux moyens d'imagerie par rayons X. 5
12. 12. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel lesdits moyens optiques spécifiquement adaptés à générer une image externe de l'enveloppe de l'individu sont sélectionnés dans le groupe de moyens 10 optiques comprenant un scanner de corps, optique à frange de moiré dispositif a rayon laser, optoélectronique, stéréoscopique, caméra infrarouge.