Segmentation et recalage d'images TDM multi-phases de l'abdomen pour la planification chirurgicale

Segmentation and registration of CT multi-phase images for abdominal surgical planning

• Auteur / Autrice : Wenwu Zhu
• Direction : Yves Rémond, Luc Soler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et des images
• Date : Soutenance le 13/04/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian Heinrich
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Nicolau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Grégoire Malandain, Nicolas Passat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Abdomen -- Chirurgie

Tomodensitométrie

Traitement d'images -- Techniques numériques

Imagerie interventionnelle

Mots clés libres

Recalage non-rigide

Organes abdominaux

Paroi abdominale

Respiration

Segmentation rapide

Glissement inter-organe

Sliding motion

Abdominal organs

Abdominal thoracic wall

Non-rigid image registration

Fast segmentation

Résumé

La fusion d’images TDM de phase artérielles et veineuses est cruciale afin d’assurer une meilleure planification chirurgicale. Cependant, le recalage non-rigide d’images abdominales est encore un challenge à cause de la respiration qui fait glisser les viscères abdominaux le long de la paroi abdominale, créant ainsi un champ de déformation discontinu. L’objectif de cette thèse est de fournir un outil de recalage précis pour les images TDM multi-phases de l’abdomen.Comme la zone de glissement dans l’abdomen est difficile à segmenter, nous avons d’abord implémenté deux outils de segmentation interactifs permettant une délinéation en 10 minutes de la paroi abdominale et du diaphragme. Pour intégrer ces zones de glissement comme a priori, nous réalisons le recalage sur de nouvelles images dans lesquelles la paroi abdominale et les viscères thoraciques ont été enlevés. Les évaluations sur des données de patient ont montré que notre approche fournit une précision d’environ 1 mm.

The fusion of arterial and venous phase CT images of the entire abdominal viscera is critical for a better diagnosis, surgi-cal planning and treatment, since these two phase images contain complementary information. However, non-rigid regis-tration of abdominal images is still a big challenge due to the breathing motion, which causes sliding motion between the abdominal viscera and the abdo-thoracic wall. The purpose of this thesis is to provide an accurate registration method for abdominal viscera between venous and arterial phase CT images.In order to remove the sliding motion effect, we decide to separate the image into big motion and less motion regions, and perform the registration on new images where abdo-thoracic wall and thoracic viscera are removed. The segmentation of these sliding interfaces is completed with our fast interactive tools within 10 minitues. Two state-of-the-art non-rigid registration algorithms are then applied on these new images and compared to registration obtained with original images. The evaluation using four abdominal organs (liver, kidney, spleen) and several vessel bifurcations shows that our approach provides a much higher accuracy within 1 mm.