WO2016177792A1 - Procede de generation d'un modele virtuel en trois dimensions d'au moins une partie d'un squelette d'un individu - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the field of generating a three - dimensional virtual model of at least a portion of a skeleton of an individual.
- patent documents FR2856170 and O2008146069 are known which illustrate methods for determining three-dimensional geometrical representations of all or part of the skeleton of the individual from two images. radiological X-ray of the individual.
- an object of the present invention is to provide a method of generating a virtual model in three dimensions addressing all or part of the aforementioned drawbacks of the prior art.
- a plurality of extrinsic parameters are generated at the skeleton of the individual and representative of the geometry of an outer envelope of this individual;
- radiological images are generated on which said at least part of the skeleton of the individual is represented;
- radiological images of areas of interest to be observed are determined, and then, in these areas of interest, skeletal bone characteristic points to derive relative positions of these bones in a spatial reference frame and thereby generate said three dimensional virtual model of said individual skeleton portion.
- the outer envelope of the individual is constituted by the external outer surface of this individual, which is constituted by the interface between the skin of the individual and the space surrounding the individual.
- This envelope is particularly easy to observe, including radiological images obtained by X-ray projection. While the boundaries between bone tissues and soft tissues surrounding these bone tissues are difficult to visualize because internal to the individual and therefore subject to noise, we find that the boundary between the space surrounding the envelope and the envelope of the individual is easily observable while having the advantage of being quiet.
- extrinsic parameters representative of the geometry of the outer envelope of the individual it is possible with a certain precision to target areas of interest in radiological images obtained by X-ray projection.
- the method according to the invention makes it possible to greatly facilitate the identification of characteristic bone points of the skeleton, since using extrinsic parameters with the skeleton, which are reliable and easy to obtain, areas of interest of the radiological images are targeted. this limits the spatial extent of the research.
- the three-dimensional virtual model of said part of the skeleton of the individual is generated using the relative positions of the bones in the spatial frame that have been derived from skeletal bone feature points that have been identified by the search in the areas of interest and this virtual model integrates bone morphological data obtained from observation of radiological images.
- optical visibility areas of interest are identified from extrinsic parameters to the skeleton to easily identify in these areas radiological images of the characteristic points of bone of the skeleton.
- these characteristic bone points identified in the zones of interest of "optimal visibility” are used to locate other areas of interest called “intermediate visibility” on the radiological images because we know, statistically , roughly locate some bones using known positions of other bone features. It is thus possible to locate by iteration, to limit areas of the image that would otherwise be difficult to demarcate starting from X-ray radiologies alone or starting from the outer envelope alone.
- said extrinsic parameters at the skeleton of the individual and representative of the geometry of the outer envelope comprise morphological parameters representative of the morphology of the outer envelope and representative barycenter parameters of the location of at least one center of at least a portion of the individual.
- morphology of the envelope is related to the skeletal shape, it is possible starting from morphological parameters extrinsic to the skeleton, to locate areas of interest where there are characteristic points of bone to look for.
- the function of the skeleton is, in particular, to support the masses of the individual, and it is thus possible to start from the individual's barycenter parameters to locate areas of interest where there are characteristic points of the individual. to search.
- centroid parameters are representative of the location of at least one centroid of at least a portion of the observed portion of the individual.
- centroid parameters is representative of the position of a line of gravity of the individual, relative to the skeleton of the individual observed while standing, this line of gravity passing through a center of gravity. estimated virtual total gravity of the individual.
- some bone features may be statistically other bone features by looking for orthogonal projection of these characteristic bone points on the line of gravity. As will be seen later, these statistical distributions may be useful for automatically locating areas of interest to contain skeletal bone feature points relative to other areas containing bone feature points or barycentric parameters. .
- a position of a total virtual center of gravity of the entire virtual envelope is determined of the envelope of The individual; then
- the line of gravity of the individual in said standing position is defined by a vertical line passing through this total virtual center of gravity.
- a given virtual subset represents the characters of a corresponding real subset of the envelope of the observed individual.
- each estimated mass attributed to a virtual center of gravity specific to a given virtual subset is representative of a real mass of the corresponding given real subset.
- An estimated mass attributed to a virtual center of gravity specific to a given virtual subset can for example be estimated using the estimated volume for this virtual subset which is assigned a density determined from standard data tables of mass distribution for this estimated volume. These tables are determined statistically using a given population.
- a barycenter parameter may be the assumed location of a barycenter of a portion of the observed portion of the individual, this assumed location being calculated using the shape of the observed outer envelope.
- the positioning in the reference frame is identified. at least a part of the skeleton associated with this morphological parameter.
- a morphological parameter can be a hump, a hollow, a curvature typical of a morphology that is identifiable by observing an extrinsic parameter with a skeleton such as the envelope E.
- radiological images containing the iliac spines of the pelvis of the individual can be located in areas of interest by simply observing bumps in the outer envelope that are morphological parameters extrinsic to the skeleton.
- a morphological characteristic of the envelope of the individual is observed with the aid of the imaging device, this characteristic is represented by a morphological parameter and with the aid of this morphological parameter the software positions spatially in the spatial reference system, an anatomo-gravity reference system, a part of the skeleton associated with this morphological parameter.
- a morphological characteristic may be for example a hump visible on the envelope and generated by a posterior anterior iliac spine.
- an extrinsic morphological parameter is estimated at the skeleton and is associated with the presence of a morphological characteristic intrinsic to the skeleton, in this case a characteristic form of the posterior anterior iliac spine. .
- a first method of enrichment of the three-dimensional virtual model of the skeleton using the extrinsic morphological parameter at the skeleton of the individual and with the aid of a statistical database obtained by observation of a group of and by statistically relating extrinsic morphological parameters of skeletons of the group of individuals and the positions of associated skeletal parts of this group of individuals, areas of interest to be observed are generated in the radiological images.
- these areas of interest to observe images contain a representation of a characteristic point of the bone, in this case the characteristic form of the iliac bone.
- the determination in the radiological images of the areas of interest to be observed is performed by executing a computer program for localization of zones (hereinafter also called computerized search engine) using a statistical database of zones detection. interest.
- This database contains links each indicating the statistical location of an area of interest in a given radiological image from the observed location of an extrinsic parameter characteristic of the external envelope of a given individual.
- a computerized search engine associated with a statistical database of bone characteristics of individuals, the areas of interest are searched for radiological images, the position of the characteristic point of the bone concerned and when this position is identified, we complete the virtual model in indicating the position of the bone concerned and preferably morphological data of this bone identified by the search engine.
- this first method of enrichment of the virtual model in a first step, areas of interest are automatically determined in the radiological images, and the areas of interest and the computerized search engine automatically search for the morphological characteristics of the images.
- This first method has the advantage of being very precise for positioning the bones in the virtual model with respect to other bones and a spatial reference, but it requires a search in the area of interest with the help of a search engine, which can be expensive in computing time.
- the second method of enrichment of the three-dimensional virtual model of the skeleton using the morphological parameter extrinsic to the skeleton of the individual and using a statistical database obtained by observation of a group of individuals and statistically relating extrinsic morphological parameters of skeletons of the group of individuals and positions of skeleton parts associated with this group of individuals, it generates not areas of interest to be observed in the radiological images, but the virtual model is directly completed by indicating the position of the bone concerned as calculated from the position observed on the envelope of the individual of the extrinsic morphological parameter at the skeleton and statistical data of relative positioning between extrinsic morphological parameters at the skeleton and morphological parameters intrinsic to the skeleton, these statistical positioning data being contained in the statistical database formed using the group d ' people .
- This second enrichment method is based on statistical observations of relative positions between extrinsic morphological parameters with the skeleton and morphological parameters intrinsic to the skeleton. Since it does not include a search for bone characteristics in an area of interest, it is faster but its accuracy is lower because it depends on the gap between the statistical database and the reality of the individual observed.
- this second method is privileged only to position in the virtual model well-identifiable bones from the observation of the external envelope of the individual, such as the posterior anterior iliac spine.
- intrinsic skeletal characteristics visible on the radiological images and at least one of the extrinsic parameters at the skeleton are respectively positioned in the same spatial reference system.
- this spatial reference is a landmark such as an anatomo-gravity landmark which is an anatomical landmark oriented along the axis of gravity of the individual observed while standing.
- This axis of gravity is denoted Z axis which corresponds to a vertical axis passing through the supposed center of gravity of the individual observed in the shooting position of the radiological images.
- This mark is defined by two other axes, X and Y, each of these three axes X, Y, Z of the marker is oriented relative to the other two axes of the marker by an angle of 90 °.
- each axis is defined by a director vector placed at the origin of the reference and presenting a norm identical to the norm of the two other axes.
- the anatomo-gravity landmark is an orthonormal landmark allowing to locate and orient each part of the individual with respect to this same landmark.
- FIG. 1 shows an imaging device 1 for implementing the invention
- Figure 2 presents the result of an automated location estimation of areas of interest called "optimal visibility" to locate three-dimensional positions in the anatomical landmarks intrinsic to the skeleton of the top of the odontoid, vertebral center T9 and left and right femoral heads CTFd, CTFg;
- Figure 3 presents the result of an automated estimation of the location of so-called “intermediate visibility” zones of interest to locate three-dimensional positions in the anatomical landmarks intrinsic to the skeleton of vertebrae C7, L3 and SI using estimates. previously identified bone feature positions in areas of "best visibility" interest;
- FIG. 4 presents a diagram illustrating the different chronological steps of the method according to the invention, as they are executed by a computer using:
- the images of this part of the skeleton obtained by X-ray projection are obtained by mono-planar radiographs or multi-planar radiographs or by computed tomography.
- the device Imaging 1 for obtaining such images comprises:
- At least one X-ray source in this case two SI, S2 which can be fixed or mobile;
- each surface D1, D2 being adapted to detect X-ray intensity values projected by one of the corresponding sources S1, S2 and received at different points on the surface corresponding detection D1, D2.
- the outer envelope E, the skeleton and the soft tissues placed around the skeletal bones in the outer envelope E attenuate the propagation of X-rays that are projected onto the detection surfaces.
- the radiological images Im1, Im2 generated by the device 1, as a function of the intensities of the X-rays detected at different points of the detection surfaces D1, D2 are therefore representative of the different intensity attenuation levels of each of the X-rays detected. These images are therefore projections of the different coefficients of absorption of rays by the tissues of the individual crossed by these rays.
- the imaging device 1 further comprises a calculator Cal connected to the detection surfaces D1, D2 and X-ray sources, S1, S2.
- This calculator according to the relative positions known and calibrated between the surfaces D1, D2 and sources S1, S2 implements the method according to the invention by executing one or more software.
- the software executed by the calculator realizes:
- Computerized search engine function associated with a statistical database of bone characteristics of individuals, for automatically generating areas of interest in radiological images IM1, IM2, as a function of extrinsic parameters at the skeleton;
- a search engine function to search automatically or semi automatically in these areas of interest (at optimal or intermediate visibility) radiological images IM1, IM2, the positions of bone characteristic points concerned;
- the calculator In automatic search, the operator is not requested and the calculator itself generates areas of interest and search results that it performs in these areas of interest.
- the software preferably has a function of quantification of risk of error and in case of too much risk in the detection of morphological characteristics of the skeleton observed on the images I 1, IM2, it generates an alert to the operator to ask him to confirm or modify areas of the skeleton assumed identified. It is then a semi-automated search since the calculator identifies a supposed characteristic of a bone and asks the operator to validate or possibly correct this identified characteristic before it is used to enrich the virtual model in three dimensions.
- the device 1 also includes a man / machine relationship environment that may include touch screen (s) or not, keyboard and hand pointer.
- the geometry of a skeleton portion of the individual Ind is characterized by parameters called parameters intrinsic to the skeleton.
- parameters intrinsic to the skeleton An example of intrinsic parameters is an estimated shape characteristic of a bone of the skeleton or the estimated position of that bone or feature of the bone or its estimated orientation relative to other bones or estimated dimensions of that bone. to the skeleton of the given individual Ind.
- the outer envelope E of the individual Ind is not part of the individual's skeleton, and is therefore defined by extrinsic parameters in the skeleton.
- barycentric parameters of all or part of the individual and parameters representative of geometric characteristics of at least a portion of the outer envelope of the individual which is traversed or not by X-rays to obtain the radiological images.
- extrinsic parameters are therefore not parameters characterizing the geometry / shape of the skeleton.
- these extrinsic parameters one can find the position of the line of gravity of the individual in standing position, virtual centers of gravity peculiar to virtual subsets of the envelope as well as their estimated positions, external dimensions of the envelope of the individual, shapes of this envelope, such as curvatures, bumps or characteristic hollows, geometric primitives approximating corresponding morphologies of the envelope of the individual as well as parameters descriptors such geometric primitives.
- An example of external dimensions of the envelope is a hip circumference, a torso circumference, lengths of limbs or limb portions such as a pelvis-knee distance, a distance between centers of gravity of subsets. virtual envelope, as a distance between the center of gravity of the head and a center of gravity of the trunk of the individual.
- a basin tower ellipse approximating the shape of the basin seen in a virtual cross-sectional plane of the envelope of the individual and passing through characteristic points of the basin of the observed individual From this geometric primitive depends a statistical position of the basin and a statistical information of basin width which makes it possible to define an area of interest on X - ray images for example to search for the presence of femoral heads.
- a geometric primitive approximating a corresponding morphology of the skeleton one can have a trunk envelope curve observed along a transverse sectional plane of the envelope of the individual, making it possible to generate an elliptic primitive approximated to the curve of the trunk envelope (note that this trunk envelope curve can be obtained only from an observation of the individual's envelope without using X-ray imaging). From this geometric primitive we can easily automate the approximation of intrinsic data to the skeleton as supposed dimensions of the thoracic bone cage or dimensions of ribs and thus generate areas of interest to be observed in X-ray images as well as for refine these assumed morphological dimensions of the skeleton.
- a useful extrinsic parameter it is possible to measure a thigh length and to deduce from it statistical data a length the corresponding femur to target areas of interest to be found in X-ray images to find features of the femur such as the femoral neck and, if necessary, other intrinsic skeletal features such as assumed other skeletal morphological points statistically correlated with the assumed length value of the femur.
- extrinsic parameters makes it possible to target the important data making it possible to locate the areas of interest to be found on X-ray images and thus limits the computing capacity necessary for the reconstruction of the skeleton.
- a first step of the method according to the invention consists in observing at least part of the individual via:
- At least X-ray radiological images in this case two IM1, IM2, which represent at least part of the skeleton of the individual;
- the imaging device 1 may in some cases include, in addition to X-ray imaging means using X-rays to generate said images radiological IM1, IM2, Opt optical means connected to the computer and specifically adapted to generate an external image of the envelope of the individual. These Opt optical means are thus connected to the X-ray imaging means.
- the imaging device makes it possible to visualize the same individual being in a defined position, preferably standing using the X-ray imaging means and using the optical means specifically adapted to generate an image. external of the envelope of the individual.
- These external images and radiographic images are preferably performed simultaneously to be able to position these external and radiographic images in the same spatial repository and thus be able to increase the number of available and exploitable information on the observed individual.
- Opt optical means are selected from the group of optical means comprising a body scanner, optical moiré fringe laser beam device, optoelectronic, stereoscopic, infrared camera. Whether they are linked simultaneously or deferred, the means of X-ray imaging and optical means work together.
- optical means are a first possible source of observation of extrinsic parameters at the backbone.
- Radiological images obtained by X-ray projection are another source of observation of these extrinsic parameters.
- extrinsic parameters are observable on the radiological images and in this case, one can use the radiological images to generate these extrinsic parameters to the skeleton. This is possible for extrinsic parameters such as the shape or position of the envelope of the individual that can be identified by contrast difference and / or color and / or color level as the gray level on radiology .
- an anatomo-gravitational reference Rb with the vertical Z axis as ordinate, and the small and long axes of the basin ellipse as X and Y axes respectively;
- a certain number of complementary geometric primitives may also be defined, for example the very approximate localization of the left and right anterior superior iliac spines EIASd, EIASg and left and right posterior superior iliac spines in the reference frame Rag (ElPSd and ElPSg, respectively).
- areas of interest with "optimal visibility” are determined in radiological X-ray images, to find particularly visible skeleton morphological features such as the CTFd Right Femoral Head Center, the Left Femoral Head Center. CTFg, OdC2, vertebra T9)
- CGTRONC center of gravity of the trunk
- step c we have automated, using extrinsic information, statistical data and image processing, an estimate of the 3D position of intrinsic anatomical landmarks for the odontoid vertex , the center of T9 and CTF femoral heads.
- step c From longitudinal statistics on a database of 3D reconstructions obtained through searches in areas of interest at optimum visibility, the data from step c will be used to define the estimated Z position of the various anatomical landmarks mentioned in step d.
- step e we have the estimation of the areas of interest of certain specific vertebrae, and we can, by image processing, automatically detect information in terms of contours or points allowing to have the adjusted position of the anatomical landmarks defined in step d and e.
- step f we have rich information concerning several intrinsic parameters, in addition to the extrinsic parameters. Longitudinal statistics, supplemented possibly by statistics between extrinsic and intrinsic parameters, then make it possible to have a first estimate of the whole of the vertebral column.
- step g can be replaced as follows.
- a global generic model with outer envelope and backbone can be deformed by a geometric transformation method (MLS, Kriging, or other), using control points resulting from extrinsic and intrinsic parameters to arrive at an initial solution.
- MLS geometric transformation method
- the initial solution can then be adjusted by manual or automatic methods.
- the interest of the method is that the initial method thus produced uses a larger number of intrinsic parameters that those resulting from a manual entry, thus also improving this solution compared to the existing, which leads to limiting the number of adjustments necessary for 3D reconstruction.
- the extrinsic parameters could be derived from other information, for example radio-opaque markers placed on the skin, a force platform giving the line of gravity, or very global dimensions such as than waist, hips, etc.)
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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
Procédé de génération d'un modèle virtuel en trois dimensions d'au moins une partie d'un squelette d'un individu
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 connaît notamment les documents brevet FR2856170 et O2008146069 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 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 1' 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.
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 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 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 représentatifs de la géométrie de l'enveloppe externe de 1' 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 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 la partie observée du squelette de 1 ' individu .
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, 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 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 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 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 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 images radiologiques des points caractéristiques d' os du 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 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 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 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
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.
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.
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.
Certains au moins des paramètres de barycentre 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 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.
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 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 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 .
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 :
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- ensembles virtuels ; puis
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 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 position d'un centre de gravité virtuel total de l'ensemble de l'enveloppe virtuelle de l'enveloppe de
1' individu ; puis
la ligne de gravité de l'individu dans ladite position debout est définie par une ligne verticale 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 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 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.
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.
Selon un mode de réalisation complémentaire des 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 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 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 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 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 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.
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 associe à la présence d'une caractéristique morphologique intrinsèque au squelette, en l'occurrence une forme caractéristique de l'épine iliaque postéro antérieure.
Selon une première méthode d'enrichissement du 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 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 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 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 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.
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 position est identifiée, on complète le modèle virtuel en
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 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 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.
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 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 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 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
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 morphologiques extrinsèques de squelettes du groupe d' individus et des positions de parties de squelettes associées de ce groupe 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 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 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 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 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 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 au squelette sont respectivement positionnés dans un même 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 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 .
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 90°. Idéalement chaque axe est défini par un vecteur directeur placé à l'origine du repère et présentant une 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.
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 lesquels :
- La figure 1 présente un dispositif d' imagerie 1 pour la mise en œuvre de l'invention,
La figure 2 présente le résultat d'une estimation automatisée de localisation de zones d'intérêt
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 ;
La figure 3 présente le résultat d'une 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 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 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 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 de recherche.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Les images de ladite partie du squelette obtenues par projection de rayons X sont obtenues par radiographies mono-planaire ou radiographies multi- planaires 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 deux SI, 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 SI, S2 correspondantes et reçus en différents points de la surface détection 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 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 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 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.
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 œuvre le procédé selon l'invention en exécutant un ou plusieurs logiciels .
Les logiciels exécutés par le calculateur réalisent :
Une fonction de moteur de recherche informatisé 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
Une fonction de moteur de recherche pour 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 ;
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 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.
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 risque d'erreur et en cas de risque trop important dans
la détection de caractéristiques morphologiques du squelette observé sur les images I 1, IM2, il génère une alerte à l'attention de l'opérateur pour lui demander de confirmer ou modifier des zones du squelette supposées 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 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.
La géométrie d'une partie de squelette de 1' individu Ind est caractérisée par des paramètres appelés paramètres intrinsèques au squelette. Une caractéristique de forme estimée d'un os du squelette ou 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.
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 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 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 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 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.
On note comme exemple de dimensions externes de 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 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 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 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.
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 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 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 rayons X) . A partir de cette primitive géométrique on 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 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
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 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 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 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 :
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 de l'enveloppe externe de l'individu.
Il est à noter que les documents brevet Fr 2 856 170 et O2008146069 décrivent des méthodes d' observation de caractéristiques du squelette via des 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
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.
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 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 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, 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 possible d' observation de paramètres extrinsèques au squelette .
Les images radiologiques obtenues par projection de rayons X sont une autre source d'observation de ces paramètres extrinsèques.
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 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.
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) :
- 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 ;
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 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 ElPSd et, ElPSg)
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 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 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)
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 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 (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 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 déduire la position de la projection sur la vue de profil 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 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 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 (CGTRONC) nous pouvons estimer la position de la vertèbre T9 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 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 T9 et des têtes fémorales CTF.
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 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 T4. Le centre du corps vertébral (ou les centres des plateaux de C7 ) , peut aussi être estimé. Il manque les coordonnées en Z de ces
différents repères anatomiques.
e . A partir de statistiques longitudinales sur 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.
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 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 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.
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 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 la méthode est que la méthode initiale ainsi produite 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 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 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, 3 et 4 permet donc la construction d'un modèle virtuel de la colonne vertébrale et du bassin d'un individu observé.
Claims
1. 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. 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 images radiologiques .
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel lesdits paramètres 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 un barycentre d'une portion au moins de l'individu.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel certains au moins des paramètres de barycentre sont représentatifs de la localisation d'au moins un barycentre d'une portion au moins de la partie observée de 1 ' individu .
5. Procédé selon l'une au moins des revendications 3 ou 4, dans lequel l'un au moins des 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.
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 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.
7. Procédé selon l'une quelconque des 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 l'aide de la forme de l'enveloppe externe observée.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite détermination dans les images radiologiques des zones 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 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 .
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 positionnés dans un même référentiel spatial.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédente, dans lequel certains au moins desdits paramètres extrinsèques au squelette sont déduits à partir d'une analyse des images radiologiques.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédente, dans lequel le dispositif
d' imagerie comprend, des moyens d' imagerie par rayons X utilisant des rayons X pour générer lesdites images 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.
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 optiques comprenant un scanner de corps, optique à frange de moiré dispositif a rayon laser, optoélectronique, stéréoscopique, caméra infrarouge.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| FR3035991B1 (fr) | 2021-01-29 |
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