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Extraction semi-automatique des points de référence sur une paire de radiographies à rayons X

Meghoufel, Ali (2003). Extraction semi-automatique des points de référence sur une paire de radiographies à rayons X. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'évaluation de la correction 3D des déformations de la colonne vertébrale durant une procédure chirurgicale nécessite une reconstruction 3D des structures osseuses à partir de radiographies à rayons X acquises avant et après l'instrumentation de la colonne vertébrale. La technique utilisée actuellement est basée sur l'utilisation d'un objet contenant des marqueurs radiographiques qui permettent de calibrer le système radiographique. Pendant la chirurgie, l'objet de calibrage est stérilisé et déposé sur le patient juste avant l'acquisition des radiographies.

De nouvelles techniques d'auto-calibrage sont en développement pour calibrer le système radiographique à partir du contenu naturel des images en l'occurence l'instrumentation et des structures anatomiques (os, vis, tiges et crochets). Or, l'extraction des contours de ces structures et la détermination de points de références avec une bonne précision pour des fins de reconstruction devient difficile vue la nature des images rayons X qui sont semi-transparentes, ce qui implique une superposition des implants avec les structures osseuses. Dans ce contexte, les méthodes conventionnelles s'avèrent insuffisantes.

Dans notre projet de recherche, et pour pallier aux problèmes mentionnés plus haut, nous nous intéressons à développer dse filtres non linéaires pour restaurer les images radiographiques afin de faciliter l'extraction fiable de différentes structures. Ces filtres sont basés sur des équations aux dérivées partielles de type hyperbolique, qu'on appelle filtres de choc. L'avantage majeur de ces filtres est qu'ils garantissent l'existence et l'unicité de la solution visée, et fournissent des méthodes numériques robustes et stables par rapport aux méthodes numériques qui découlent des modèles conventionnels linéaires.

L'objectif spécifique de notre recherche est donc double: (i) développer un filtre de choc adéquat pour pouvoir extraire les structures anatomiques avec une précision adéquate, (ii) identifier des points de référence, et effectuer la mise en correspondance de ces points sur une paire de radiographies, pour finalement permettre une représentation de la colonne vertébrale durant la procédure chirurgicale.

Titre traduit

Semi-automatic extraction of landmarks on pair of X-rays radiographies

Résumé traduit

The evaluation of an intra-operative 3D correction of spine deformations during a surgical procedure requires a 3D rebuilding of the osseous structures from the x-ray images that are obtained before and after instrumentation of the spine. The current technique requires a calibration object for the calibration of the vision system. During the surgery, the calibration object is sterilized and deposited on the patient before the acquisition of the x-ray radiographies.

A new technique for 3D reconstruction of the spine from X-ray images has been developed. The technique uses a self-calibration algorithm. The radiographie set-up is calibrated from the natural content of the images (i.e. matched anatomical landmarks and surgical implants). However, the contour extraction of structures and the determination of the landmarks with precision for 3D reconstruction of the osseous structure become difficult because of the complex nature of the X-ray images, which are
semi-transparent and implies a superposition of the implants with the osseous structures. In this context, the conventional methods become insufficient.

To resolve the problems mentioned above, we are interested in developping nonlinear filters to restore the X-ray images in order to facilitate the extraction of various structures. These filters are based on partial derivative equations of hyperbolic type, which are called shock filters. Major advantages of these filters are the guarantee of existence, uniqueness of the sougth solution, and robust and stable numerical scheme.

The specific object in our research is then twofold : (i) to develop an adequate shock filter that is able to extract the anatomical structures with precision, (ii) to identify the landmarks for 3D reconstruction of the spine during the surgical procedure.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la production automatisée". Bibliogr.: f. 130-132.
Mots-clés libres: Anatomique, Automatique, Chirurgie, Choc, Colonne, Extraction, Filtre, Image, Lineaire, Non, Paire, Point, Radiographie, Rayon, Reference, Semi, Semi-Automatique, Structure, Vertebral, X
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Cheriet, Mohamed
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 09 mai 2011 19:19
Dernière modification: 14 oct. 2016 22:41
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/776

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