Segmentation 3D du foie

Chartrand, Gabriel (2017). Segmentation 3D du foie. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation	PDF Télécharger (23MB) | Prévisualisation
Prévisualisation	PDF Télécharger (23MB) | Prévisualisation

Résumé

Le domaine de l’imagerie médicale a connu ces dernières années des progrès fulgurants notamment grâce au perfectionnement continu des imageurs médicaux et de l’explosion de la puissance de calcul des ordinateurs modernes. Ces développements ont eu une influence majeure sur plusieurs disciplines de la médecine, entre autres la chirurgie hépatique qui a évolué en une spécialisation distincte faisant intervenir des équipes multidisciplinaires composées de chirurgiens hépato-biliaires, hépatologues, oncologues, radiologues et ingénieurs en vision numérique. La rencontre de ces spécialistes favorise le développement de solutions innovantes qui permettent de réaliser des chirurgies toujours plus ambitieuses en minimisant les risques opératoires. Ces exploits sont rendus possibles entre autres grâce à de meilleurs outils de visualisation et de planification préopératoire. En modélisant avec précision les structures anatomiques d’un patient puis en dressant son bilan hépatique, il est possible de pratiquer des simulations chirurgicales et d’évaluer méticuleusement l’issue d’une procédure.

Une étape fondamentale dans l’utilisation de ces outils de planification est la modélisation précise des structures anatomiques du foie depuis des examens radiologiques issus de modalités telles que la tomodensitométrie (TDM) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette étape, appelée segmentation 3D, consiste à délimiter les contours des organes afin d’en produire des modèles géométriques 3D. Ces modèles sont essentiels pour évaluer nombre de paramètres cliniques pertinents comme le volume de l’organe ou encore la proximité entre une lésion et les zones vasculaires sensibles de l’organe.

Les travaux rapportés dans cette thèse portent sur ce sujet, qui même après plusieurs années de recherche demeure une problématique ouverte. Un premier volet propose un outil de segmentation interactif et présente les possibilités qu’il offre en terme de modélisation interactive de divers structures anatomiques. Dans un deuxième temps, un outil dédié à la modélisation du parenchyme hépatique est décrit et évalué pour la segmentation d’images TDM et IRM. Finalement, un outil de modélisation des arbres vasculaires est présenté, permettant de définir les zones de perfusion et de drainage du foie. Une attention particulière est portée à l’application des méthodes proposées aux examens IRM, à l’efficience et au potentiel d’adoption clinique.

Titre traduit

3D segmentation of the liver

Résumé traduit

The field of medical image processing has made tremendous progress in the past few years thanks to the continuous improvement of imaging technologies as well as the computing power nowadays available on modern computers. These developments benefited various fields of medicine, notably liver surgery, which evolved into a distinct specialty involving multidisciplinary teams composed of hepato-biliary surgeons, oncologists, interventional radiologists and computer vision engineers. Collaboration between these specialists enables the development of innovating solutions which allow surgeons to perform ambitious surgeries while minimizing surgical risks. These procedures can be achieved in particular thanks to better visualization and surgery planning tools. By precisely modeling the anatomy of a patient and analyzing its hepatic profile, it possible to virtually simulate surgical procedures and evaluate their outcome.

A fundamental step in using these virtual surgery planning tools is the precise modeling of the anatomical structures of the liver from radiological images such as CT-Scans and magnetic resonance images (MRI). This step, known as 3D segmentation, consists of delimiting the boundary of organs in medical images in order to produce an accurate 3D representation. These 3D models are essential to evaluate relevant clinical parameters required for surgical planning, such as the volume of the liver or the proximity of malignant lesions to sensible vascular structures of the organ.

The work reported in this thesis deal with the topic of liver segmentation, which even after many years of research remains an open problem. A first part proposes a generic interactive segmentation tool and presents its application to various 2D segmentation tasks. The second part proposes a whole liver segmentation tool which is thoroughly evaluated on CT-Scan and MRI. Finally, a hepatic vascular modeling methodology is presented, allowing to delimit the different perfusion and draining areas of the liver. Throughout these chapters, a special attention is given to MRI, to efficiency of the proposed tools and to the clinical adoption potential.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du dotorat en génie". Bibliographie : pages 153-169.
Mots-clés libres:	Foie Imagerie par résonance magnétique Modèles mathématiques. Foie Radiographie Modèles mathématiques. Modélisation tridimensionnelle. Segmentation d'image. 3d, 3-d, interactif, outil, tomodensitométrie, TDM, IRM
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse de Guise, Jacques A.
Codirecteur:	Codirecteur Tang, An
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	10 avr. 2017 14:35
Dernière modification:	02 nov. 2022 14:13
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1861

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt