Modélisation et description par graphes pour des formes géométriques complexes : application aux structures de l'oreille

Modeling and graph-based description for complex geometric shapes : application to ear structure

• Auteur / Autrice : Florian Beguet
• Direction : Jean-Luc Mari, Jacques De Guise, Matthieu Schmittbuhl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 06/12/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mathématiques et Informatique de Marseille (Marseille ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’Informatique et Systèmes (LIS) (Marseille, Toulon)
• Jury : Président / Présidente : Raphaëlle Chaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aldo Gonzalez Lorenzo, Sylvain Ordureau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Hétroy, Nicolas Passat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Scoliose

Oreille interne

Tomographie volumétrique à faisceau conique

Modélisation tridimensionnelle

Infographie

Mots clés libres

Informatique graphique

Modélisation 3D

Modèle Déformable

Descripteur de forme

Graphe de Reeb

Indice de forme

Computer graphics

3D modeling

Deformable model

Shape descriptor

Reeb graph

Shape index

Résumé

Ces travaux de thèse sont divisés en deux parties et portent sur la reconstruction et la description de formes géométriques complexes. La première partie présente le développement d'une approche de reconstruction multi-structures de données volumétriques issues de modèles déformables. Cette approche est appliquée sur des volumes obtenus par tomographie à faisceau conique pour la reconstruction de structures de l'oreille interne et de la chaîne ossiculaire. L'utilisateur positionne d'abord un ensemble de points de contrôle dans le volume pour chaque structures de l'oreille. Les maillages sont ensuite recalés puis déformés de manière itérative suivant deux étapes : une étape de segmentation, qui permet de trouver les limites de la structure dans le volume; et une étape de régularisation, qui permet de maintenir la forme générale de la structure. Enfin, la qualité des reconstructions, la reproductibilité et l'influence des paramètres sont estimées et comparées à la littérature. La deuxième partie présente le développement d'une approche d'analyse et de comparaison de forme 3D. Elle s'appuie sur la construction d'un graphe de Reeb d'indice de forme qui permet de caractériser de manière compacte à la fois la géométrie et la topologie de l'objet. Ce graphe est partitionné en plusieurs sous-graphes pour obtenir une description locale des régions de la surface. Les sous-graphes de deux surfaces similaires sont mis en correspondance en fonction de leur similarité pour effectuer la comparaison. Cette approche est appliquée à la détection de malformation sur les canaux semi-circulaires entre un groupe de patients asymptomatiques et un groupe de patients atteints de scoliose.

This thesis work is divided into two parts and deals with the reconstruction and description of complex geometric shapes. The first part presents the development of a multi-structure reconstruction approach of volumetric data from deformable models. This approach is applied on volumes obtained by cone beam tomography for the reconstruction of structures of the inner ear and the ossicular chain. The user first positions a set of control points in the volume for each structure of the ear. The meshes are then iteratively reshaped in two steps: a segmentation step, which allows to find the limits of the structure in the volume; and a regularization step, which allows to maintain the general shape of the structure. Finally, the quality of the reconstructions, the reproducibility and the influence of the parameters are estimated and compared to the literature. The second part presents the development of a 3D shape analysis and comparison approach. It is based on the construction of a Reeb shape index graph that allows to characterize in a compact way both the geometry and the topology of the object. This graph is partitioned into several subgraphs to obtain a local description of the surface regions. The subgraphs of two similar surfaces are matched according to their similarity to perform the comparison. This approach is applied to the detection of malformation on the semicircular canals between a group of asymptomatic patients and a group of patients with scoliosis.