FR2813973A1

FR2813973A1 - Procede et dispositif de generation d'images tridimensionnelles et appareil de radiologie associe

Info

Publication number: FR2813973A1
Application number: FR0011486A
Authority: FR
Inventors: Laurent Launay; Yves Trousset; Sebastien Gicquel; Regis Vaillant
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2002-03-15
Anticipated expiration: 2020-09-08
Also published as: JP2002204394A; DE10144020A1; FR2813973B1; US20020048343A1

Abstract

Procédé de génération d'images tridimensionnelles d'un objet à partir d'au moins deux séries d'images bidimensionnelles, dans lequel :- on génère une troisième série d'images bidimensionnelles en soustrayant les images d'une des deux séries des images de l'autre série, - on effectue une reconstruction tridimensionnelle à partir de la troisième série d'images pour obtenir une image tridimensionnelle soustraite,- on effectue une reconstruction tridimensionnelle à partir de la première série d'images pour obtenir une image tridimensionnelle correspondant à la première série, et- on génère une image tridimensionnelle correspondant à la deuxième série d'images bidimensionnelles.

Description

<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et dispositif de génération d'images tridimensionnelles et appareil de radiologie associé. La présente invention relève du domaine de la génération et du traitement d'images, notamment d'images obtenues au moyen d'un appareil de radiologie.

L'invention s'applique notamment au dispositif d'imagerie à rayons X, par exemple dans le domaine médical, vétérinaire ou industriel, plus particulièrement mais pas exclusivement en imagerie vasculaire.

Un appareil de radiologie, par exemple à usage mammographique, de radiologie conventionnelle RAD ou RF, neurologique ou vasculaire (périphérique ou cardiaque), se compose généralement - d'une source radiogène comprenant un tube à rayons X et un collimateur pour former et délimiter un faisceau de rayons X, - d'un récepteur d'image, du genre intensificateur d'image radiologique et caméra vidéo, ou détecteur à l'état solide, - d'un positionneur portant l'ensemble tube à rayons X et collimateur d'une part, et récepteur d'image d'autre part, mobile dans l'espace autour d'un ou plusieurs axes, et - d'un moyen de positionnement du patient, tel qu'une table pourvue d'un plateau destiné à le supporter en position allongée.

Un appareil de radiologie comprend encore des moyens de commande de la source radiogène, permettant de régler des paramètres tels que la dose de rayonnement X, la durée d'exposition, la haute tension d'alimentation, etc., d'un moyen de commande des différents moteurs permettant de déplacer l'appareil de radiologie autour de ses différents axes, ainsi que le moyen de positionnement du patient, et des moyens de

traitement d'image permettant une visualisation sur écran et un stockage des données pour des images bi- ou tridimensionnelles avec des fonctions, telles qu'un zoom, une translation selon un ou plusieurs axes perpendiculaires, une rotation autour de différents axes, une soustraction d'image ou encore une extraction de contour. Ces fonctions sont assurées par une carte électronique susceptible de faire l'objet de différents réglages. On peut se reporter au document EP-A-972 490.

Dans le domaine de la reconstruction d'images tridimensionnelles, on peut se référer aux documents FR-A-2 656 129 et FR-A-2 779 853.

Le document EP-A-840 253 concerne un procédé pour obtenir un enregistrement de sous-pixels de masque et d'images opacifiées par génération d'un point d'équivalence, génération de courbe-image par image localement adaptative, et soustraction logarithmique pour engendrer une image d'angiographie par soustraction numérique dite "DSA".

L'invention propose un procédé de génération d'images permettant une meilleure visualisation des structures observées. L'invention propose un procédé de traitement d'images, dans lequel on peut observer convenablement à la fois un produit de contraste injecté dans l'organe à étudier, d'éventuels implants vasculaires et, le cas échéant, des lésions telles que des calcifications proches d'une plaque d'athérome.

Selon un aspect de l'invention, le procédé de génération d'images tridimensionnelles d'un objet à partir d'au moins deux séries d'images bidimensionnelles, comprend des étapes dans lesquelles on génère une troisième série d'images bidimensionnelles en soustrayant les images d'une des deux séries des images de l'autre série, on effectue une reconstruction tridimensionnelle à partir de la troisième série d'images pour obtenir une image tridimensionnelle soustraite, on effectue une reconstruction tridimensionnelle à partir de la première série d'images pour obtenir une image tridimensionnelle correspondant à la première série, et on génère une image tridimensionnelle correspondant à la deuxième série d'images bidimensionnelles.

On dispose ainsi d'images tridimensionnelles correspondant aux

trois séries d'images bidimensionnelles, d'où une possibilité de repérage optimale des structures que l'on visualise mieux sur l'une ou l'autre des trois images.

Avantageusement, la première ou la deuxième série d'images est prise avant l'injection d'un produit de contraste dans ledit objet et respectivement, la deuxième ou la première série d'images est prise après l'injection du produit de contraste dans ledit objet. Une des séries d'images est donc dite "de masque" et l'autre est dite "opacifiée".

De préférence, on affiche simultanément les trois images tridimensionnelles sur trois écrans ou trois parties d'écran. On pourra donc voir le produit de contraste, c'est-à-dire l'écoulement du sang dans un vaisseau sur l'image soustraite, les lésions et les implants à partir de l'image de masque, et l'ensemble de ces éléments sur l'image opacifiée.

Dans un mode de réalisation de l'invention, chaque image est équipée d'un pointeur et le déplacement des trois pointeurs est effectué de façon simultanée et correspondante. On peut ainsi repérer avec une précision élevée une même structure sur chacune des images.

Dans un mode de réalisation de l'invention, on affiche des coupes desdites trois images tridimensionnelles.

Dans un mode de réalisation, l'image tridimensionnelle correspondant à la première série d'images bidimensionnelles ne porte que sur une partie de l'image tridimensionnelle soustraite. On diminue ainsi la quantité de données à traiter et on réduit les durées de calcul.

Ladite partie peut être définie par le déplacement d'un pointeur. Ladite partie peut être définie automatiquement par localisation d'éléments d'intérêt dans l'image tridimensionnelle soustraite et dilatation desdits éléments d'intérêt pour déterminer ladite parte.

Dans un mode de réalisation, l'image tridimensionnelle correspondant à la deuxième série d'images bidimensionnelles est générée par addition de l'image tridimensionnelle soustraite et de l'image tridimensionnelle correspondant à la première série d'images bidimensionnelles. Il est en effet plus rapide de générer une image par addition ou soustraction de deux images tridimensionnelles que par reconstruction d'une série d'images bidimensionnelles.

L'invention propose également un dispositif de génération

d'images tridimensionnelles d'un objet à partir d'au moins deux séries d'images bidimensionnelles. Le dispositif comprend un moyen pour générer une troisième série d'images bidimensionnelles par soustraction des images d'une des deux séries des images de l'autre série, un moyen pour reconstruire tridimensionnellement à partir de la troisième série d'images pour obtenir une image tridimensionnelle soustraite, un moyen pour reconstruire tridimensionnellement la première série d'images bidimensionnelles pour obtenir une image tridimensionnelle correspondant à ladite première série, et un moyen pour générer une image tridimensionnelle correspondant à la deuxième série d'images bidimensionnelles.

L'invention propose également un appareil de radiologie du type comprenant un émetteur d'un faisceau de rayons X, un récepteur du faisceau de rayons X après qu'il a traversé un organe à étudier, et une unité de calcul apte à commander l'émetteur et à traiter des données en provenance du récepteur. L'organe est apte à être disposé entre le récepteur et l'émetteur sur la trajectoire du faisceau de rayons X. L'appareil comprend en outre un dispositif de génération d'images tridimensionnelles tel que décrit ci-dessus.

L'invention concerne également un programme d'ordinateur comprenant des moyens de code-programme pour mettre en oeuvre des étapes de génération d'images, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.

L'invention concerne également un support capable d'être lu par un dispositif de lecture de moyens de code-programme qui s'y trouvent stockés et qui sont aptes à la mise en oeuvre des étapes de génération d'images, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.

Un aspect de l'invention est illustré par les figures suivantes - la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil de radiologie multi-axes apte à être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé; - les figures 2 à 5 sont des organigrammes d'étapes de procédé; et - les figures 6 à 8 sont des exemples d'images obtenues par ledit procédé. L'invention s'applique généralement à la génération d'images tridimensionnelles, par exemple obtenues en radiologie, particulièrement

dans le domaine médical à partir de dispositifs d'imagerie par rayons X. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'appareil de radiologie comprend un pied 1 en forme de L, avec une base 2 sensiblement horizontale et un support 3 sensiblement vertical fixé à une extrémité 4 de la base 2. A l'extrémité opposée 5, la base 2 comprend un axe de rotation parallèle au support 3 et autour duquel le pied est capable de tourner. Un bras de support 6 est fixé par une première extrémité au sommet 7 du support 3, de façon rotative selon un axe 8. Le bras de support 6 peut présenter la forme d'une baïonnette. Un bras 9 circulaire en forme de C est maintenu par une autre extrémité 10 du bras de support 6. Le bras en C 9 est apte à coulisser de façon rotative autour d'un axe 13 par rapport à l'extrémité 10 du bras de support 6.

Le bras en C 9 supporte un moyen d'émission de rayons X 11 et un détecteur de rayons X 12 en position diamétralement opposée, se faisant face. Le détecteur 12 comprend une surface plane de détection. La direction du faisceau de rayons X est déterminée par une ligne droite joignant un point focal du moyen d'émission 11 au centre de la surface plane du détecteur 12.

L'axe de rotation du pied 1, l'axe 8 du bras de support 6 et l'axe 13 du bras en C 9 sont sécants en un point 14 appelé isocentre. En position moyenne, ces trois axes sont mutuellement perpendiculaires. L'axe du faisceau de rayons X passe également par le point 14.

Une table 15, prévue pour recevoir un patient, possède une orientation longitudinale alignée avec l'axe 8 en position de repos. L'appareil de radiologie se complète par une unité de commande 16 reliée par liaison filaire 20 au positionneur formé par les éléments 1 à 10, au moyen d'émission de rayons X 11 et au détecteur 12. L'unité de commande 16 comprend des moyens de traitement, tels qu'un processeur, une ou plusieurs mémoires, reliées au processeur par un bus de communication, non représenté. L'unité de commande 16 se complète par un tableau de commande 17 pourvu de boutons 18, et, éventuellement, une manette de commande, non représentée, et par un écran 19 permettant la visualisation d'images et, éventuellement, de type tactile.

L'appareil de radiologie est associé à un dispositif d'injection de produit de contraste référencé 21, auquel il est relié par liaison filaire 22.

Le dispositif d'injection de produit de contraste 21 est équipé d'une aiguille 23 et est apte à injecter un tel produit, par exemple à base d'iode, dans un vaisseau sanguin d'un patient pour permettre la visualisation des vaisseaux situés en aval dans le sens d'écoulement du sang, en rendant le sang plus opaque aux rayons X qu'il ne l'est naturellement.

L'appareil de radiologie comprend un moyen de soustraction 24 des images d'une séries d'images bidimensionnelles des images d'une autre série, un moyen de reconstruction tridimensionnelle 25 à partir d'une série d'images pour obtenir une image tridimensionnelle, et un moyen de soustraction 26 de deux images tridimensionnelles pour obtenir une image tridimensionnelle soustraite. Les moyens 24, 25 et 26 seront, préférablement, implémentés de façon logicielle.

L'appareil de radiologie est apte à prendre une série d'images bidimensionnelles au cours d'une trajectoire du positionneur. Les images bidimensionnelles ainsi obtenues sont mémorisées dans l'unité de commande 16, pour être ensuite traitées de la façon qui suit, voir figure 2.

Lors de l'étape 30, l'appareil de radiologie effectue une série de prises d'images bidimensionnelles d'un organe d'un patient selon une trajectoire déterminée du positionneur et ce en l'absence de produit de contraste dans le réseau sanguin dudit patient. Ces images bidimensionnelles de masque sont appelées "MM".

A l'étape 31, on effectue l'injection de produit de contraste, de façon manuelle ou automatique, commandée par l'unité de commande de l'appareil de radiologie. Le produit de contraste est en général à base d'iode et permet d'augmenter fortement l'atténuation que subissent les rayons X qui traversent le sang chargé de produit de contraste.

A l'étape 32, on effectue la prise d'une série d'images bidimensionnelles selon la même trajectoire qu'à l'étape 30, sous les mêmes angulations, sur le même patient, dans la même position. Ces images opacifiées sont prises dans un délai déterminé après l'injection du produit de contraste et sont appelées "2D0".

A l'étape 33, on effectue une soustraction entre chaque image de la série d'images 2DM et l'image correspondante de la série d'images 2D0. On obtient ainsi une série d'images soustraites dites "2DSA", sur lesquelles apparaît essentiellement le sang chargé de produit de contraste,

en d'autres termes, on voit bien le passage offert au sang par les vaisseaux sanguins et d'éventuelles diminutions de section dudit passage dues, entre autres, à des plaques d'athérome.

A l'étape 34, on effectue une reconstruction tridimensionnelle de la série d'images 2DSA pour obtenir une image tridimensionnelle dite "3DSA". Pour plus de détail sur la technique de reconstruction, on pourra se référer aux documents cités ci-dessus.

A l'étape 35, on effectue la reconstruction tridimensionnelle de la série d'images bidimensionnelles de masque 2DM pour obtenir une image tridimensionnelle de masque 3DM.

A l'étape 36, on effectue une opération d'addition de l'image 3DSA obtenue de l'étape 34 et à l'image 3DM obtenue de l'étape 35, pour obtenir une image tridimensionnelle opacifiée 3D0.

Enfin, à l'étape 37, on dispose des trois images tridimensionnelles 3DSA, 3DM et 3D0, et on affiche lesdites images simultanément sur trois écrans ou trois parties d'un écran. On peut également afficher des coupes identiques, selon le même plan, des trois images 3DSA, 3DM et 3D0, pour mieux voir un détail particulier.

Le procédé illustré sur la figure 3 est semblable à celui de la figure 2, à ceci près que l'étape de reconstruction 35 est effectuée dès la fin de l'étape 30, en particulier pendant les étapes 31 à 34, pour réduire la durée nécessaire à l'obtention des trois images 3DSA, 3DM et 3D0.

En variante, on pourrait également prévoir un affichage de chacune des trois images 3DSA, 3DM et 3D0, dès qu'elles sont disponibles, à savoir dès la fin de l'étape 34 pour l'image 3DSA, dès la fin de l'étape 35 pour l'image 3DM, et à la fin de l'étape 36 pour l'image 3D0.

Dans la variante illustrée sur la figure 4, après l'étape 32, on effectue une étape 38 de reconstruction tridimensionnelle de la série d'images opacifiées 2D0, pour obtenir une image tridimensionnelle 3D0 reconstruite.

A l'étape 39, on effectue une soustraction des images 3D0 et 3DM, pour obtenir une image tridimensionnelle soustraite 3DSA. On passe ensuite à l'étape 37 d'affichage.

Pour diminuer la quantité de calculs à effectuer par le ou les microprocesseurs mis en oeuvre, on peut prévoir une variante, illustrée

sur la figure 5, dans laquelle, à l'issue de la reconstruction d'images 3DSA réalisée à l'étape 34, on ajoute une étape supplémentaire 40 de délimitation d'une région d'intérêt, puis une étape 41 de reconstruction tridimensionnelle de la série d'images de masque 2DM, pour obtenir une image 3DM, la reconstruction étant limitée à ladite région d'intérêt définie à l'étape 40.

A l'étape 42, on effectue l'addition de l'image 3DSA et de l'image 3DM obtenue à l'étape 41, pour obtenir une image tridimensionnelle opacifiée 3D0 qui supportera une petite erreur. L'erreur provient du fait que la reconstruction soustraite (3DSA), pour être plus rapide, est calculée elle aussi sur une région limitée de l'espace. Cette région est définie à l'aide d'un seuil sur les valeurs d'intensité reconstruites, et est donc différente de celle définie à l'étape 40. En conséquence, la reconstruction finale (somme des deux précédentes) n'est exacte que sur l'intersection des deux régions de support. Pour les points inclus dans le support de l'étape 40 et exclus du support de la reconstruction soustraite, une erreur existe. Cette erreur est faible, car toujours inférieure à la valeur du seuil utilisé pour l'obtention de la reconstruction soustraite.

Plus précisément, la définition de la région d'intérêt effectuée étape 40 peut s'effectuer de façon manuelle, l'utilisateur déplaçant une souris commandant un pointeur présent sur l'écran où est affichée l'image 3DSA et définissant un contour fermé d'une partie de l'image 3DSA. La délimitation peut également être effectuée par un filtrage selon un seuil de niveau de gris déterminé, qui permet de ne conserver sensiblement que les vaisseaux sanguins, puis par une opération de dilatation, de façon qu'on prenne en compte les voxels dont la distance aux vaisseaux sanguins repérés est inférieure à une valeur prédéterminée. On peut ainsi englober, avec une grande certitude, les lésions, notamment les calcifications, proches des vaisseaux sanguins, ainsi que d'éventuels implants vasculaires, également dénommés "stem" en langue anglaise.

Les figures 6, 7 et 8 sont respectivement des exemples de coupes d'images 3DM, 3D0 et 3DSA. Les coupes d'images 3DM, 3D0 et 3DSA peuvent être affichées en même temps sur le même écran. La coupe a été effectuée le long de l'axe d'un vaisseau équipé d'un implant vasculaire 43.

Sur la coupe de l'image 3DM apparait en clair sur fond sombre

l'implant vasculaire 43 de forme générale tubulaire. L'implant 43 est positionné à l'intérieur d'un vaisseau sanguin dont les parois sont peu visibles. Un pointeur 44 en forme d'X est prévu pour être commandé par l'utilisateur, par exemple au moyen d'une souris non représentée. Le pointeur 44 est ici positionné sur l'implant 43.

Sur la coupe de l'image 3D0 apparaît en clair sur fond sombre l'implant 43 et le produit de contraste qui épouse la forme du volume intérieur 45 des vaisseaux sanguins. L'implant 43 et le volume intérieur 45 sont difficiles à distinguer. Le pointeur 44 est ici positionné sur l'implant 43, aux mêmes coordonnées que sur la coupe de l'image 3DM.

Sur la coupe de l'image 3DSA apparaît en clair sur fond sombre le produit de contraste qui épouse la forme du volume intérieur 45 des vaisseaux sanguins. L'implant 43 est peu visible. Le pointeur 44 est ici positionné sur l'implant 43, aux mêmes coordonnées que sur la coupe de l'image 3DM. On voit que le pointeur 44 est positionné hors du volume 45.

Le pointeur 44 permet une mise en correspondance précise des structures observées sur les trois coupes et l'exploitation de l'ensemble des informations présentes sur les trois coupes. Si l'on déplace le pointeur 44, le déplacement sera identique sur les trois coupes car le pointeur 44 possède des coordonnées identiques sur lesdites trois coupes. Dans le cas où les coupes sont présentées à des échelles différentes, le pointeur 44 possédera toujours des coordonnées identiques sur lesdites trois coupes.

Grâce à l'invention, on fait bénéficier l'utilisateur d'un appareil de radiologie de trois images tridimensionnelles obtenues en effectuant seulement deux opérations de reconstruction, ce qui est économique en capacité de calculs, réduit la durée d'attente avant affichage des images et permet d'utiliser des voxels de petites tailles, et donc des images de haute définition.

De plus, la limitation de la deuxième reconstruction tridimensionnelle aux seules régions d'intérêt, permet de réduire encore le volume des calculs et d'accroître les avantages évoqués ci-dessus.

Enfin, la présence de pointeurs avec correspondance de coordonnées entre les trois images, permet un excellent repérage des structures présentes à l'image. L'image 3D0 permet de voir le sang opacifié, les calcifications et les implants, mais souvent sans distinction

nette entre les calcifications et le sang opacifié, et même parfois avec les implants selon leur taille et leur radio-opacité. L'image 3DSA permet de visualiser le sang opacifié seulement, avec une très haute qualité d'image. L'image 3DM permet de voir très convenablement les calcifications et les implants. L'invention peut être mise en oeuvre de façon avantageuse pendant un examen radiologique, et ce contrairement à un examen du type scanner qui, s'il fournit des images de bonne qualité, nécessite un déplacement du patient dans un appareil spécifique et coûteux, ce qui prend du temps et oblige le patient à changer de pièce, voire d'établissement, ce qui est un gros défaut pratique. De plus, la résolution spatiale des images scanner, selon l'axe Z, est usuellement inférieure à celle des autres directions.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de génération d'images tridimensionnelles d'un objet à partir d'au moins deux séries d'images bidimensionnelles, dans lequel - on génère une troisième série d'images bidimensionnelles en soustrayant les images d'une des deux séries des images de l'autre série, - on effectue une reconstruction tridimensionnelle à partir de la troisième série d'images pour obtenir une image tridimensionnelle soustraite, - on effectue une reconstruction tridimensionnelle à partir de la première série d'images pour obtenir une image tridimensionnelle correspondant à la première série, et - on génère une image tridimensionnelle correspondant à la deuxième série d'images bidimensionnelles.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première ou la deuxième série d'images est prise avant l'injection d'un produit de contraste dans ledit objet et respectivement, la deuxième ou la première série d'images est prise après l'injection du produit de contraste dans ledit objet.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on affiche simultanément les trois images tridimensionnelles sur trois écrans ou trois parties d'écran.

4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel chaque image est équipée d'un pointeur et le déplacement des trois pointeurs est effectué de façon simultanée et correspondante.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on affiche des coupes desdites trois images tridimensionnelles.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'image tridimensionnelle correspondant à la première série d'images bidimensionnelles ne porte que sur une partie de l'image tridimensionnelle soustraite.

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ladite partie est définie par déplacement d'un pointeur.

8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ladite partie est

définie automatiquement, par - localisation d'éléments d'intérêt dans l'image tridimensionnelle soustraite, - dilatation desdits éléments d'intérêt pour déterminer ladite partie.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'image tridimensionnelle correspondant à la deuxième série d'images bidimensionnelles est générée par addition de l'image tridimensionnelle soustraite et de l'image tridimensionnelle correspondant à la première série d'images bidimensionnelles.

10. Dispositif de génération d'images tridimensionnelles d'un objet à partir d'au moins deux séries d'images bidimensionnelles, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen (24) pour générer une troisième série d'images bidimensionnelles par soustraction des images d'une des deux séries des images de l'autre série, un moyen (25) pour effectuer une reconstruction tridimensionnelle à partir de la troisième série d'images pour obtenir une image tridimensionnelle soustraite, un moyen pour effectuer une reconstruction tridimensionnelle de la première série d'images bidimensionnelles pour obtenir une image tridimensionnelle correspondant à ladite première série, et un moyen (26) pour générer une image tridimensionnelle correspondant à la deuxième série d'images bidimensionnelles.

11. Appareil de radiologie comprenant un dispositif de traitement selon la revendication 10.