Reconstruction 3D des structures adjacentes de l'articulation de la hanche par une segmentation multi-structures à l'aide des maillages surfaciques triangulaires

Meghoufel, Brahim (2013). Reconstruction 3D des structures adjacentes de l'articulation de la hanche par une segmentation multi-structures à l'aide des maillages surfaciques triangulaires. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Une nouvelle technique de reconstruction 3D des deux structures de la hanche à partir des images tomodensitométriques (TDM) est proposée. La tête fémorale et le cotyle sont reconstruits par une méthode de segmentation multi-structures des surfaces 3D adjacentes à l'aide des maillages surfaciques triangulaires 3D. La méthode débute par une segmentation hiérarchique préliminaire. Les deux maillages 3D résultants de la segmentation hiérarchique sont ensuite déployés en deux surfaces 2D planaires. Un déploiement parapluie est utilisé pour la tête fémorale et un déploiement par paramétrisation 3D/2D est utilisé pour le cotyle. Ces opérations de déploiement permettent de transformer les données volumiques en données surfaciques quasi planaires et d’en faciliter la segmentation. Une méthode itérative des surfaces minimales permet la segmentation des deux surfaces recherchées dans les volumes déployés. La dernière étape de la méthode de reconstructions 3D consiste en la détection et en la correction du chevauchement entre les deux structures. Cette technique de reconstruction a été validée sur une base de données de 10 séries d’images volumiques TDM. Les résultats des reconstructions semblent satisfaisants. Les erreurs de précision des reconstructions 3D ont été quantifiées par rapport à une technique standard de référence. La quantification a révélé des erreurs de quantification de 0,83 ± 0,25 mm pour le cotyle et de 0,70 ± 0,17 mm pour la tête fémorale. Le temps d’exécution moyen des reconstructions des deux structures de la hanche est estimé à 3,0 ± 0,3 min. La technique proposée montre le potentiel de solutions que le domaine du traitement des images peut fournir aux cliniciens pour les aider à accomplir leur tâche de planification chirurgicale à partir d’images 3D. De telles solutions pourront éventuellement être généralisées à d’autres modalités d’imagerie et à d’autres structures.

Titre traduit

3D reconstruction of structures of the hip joint by segmentation of adjacent surfaces using 3D surface triangular meshes

Résumé traduit

A new 3D reconstruction technique of the two adjacent structures forming the hip joint from the 3D CT-scans images has been developed. The femoral head and the acetabulum are reconstructed using a 3D multi-structure segmentation method for the adjacent surfaces which is based on the use of a 3D triangular surface meshes. This method begins with a preliminary hierarchical segmentation of the two structures, using one triangular mesh for each structure. The two resulting 3D meshes of the hierarchical segmentation are deployed into two planar 2D surfaces. We have used the umbrella deployment to deploy the femoral head mesh, and the parameterization 3D/2D to deploy the acetabulum mesh. The two planar generated surfaces are used to deploy the CT-scan volume around each structure. The surface of each structure is nearly planar in the corresponding deployed volume. The iterative method of minimal surfaces ensures the optimal identification of both sought surfaces from the deployed volumes. The last step of the 3D reconstruction method aims at detecting and correcting the overlap between the two structures. This 3D reconstruction method has been validated using a data base of 10 3D CT-scan images.

The results of the 3D reconstructions seem satisfactory. The precision errors of these 3D reconstructions have been quantified by comparing the 3D reconstructions with an available manual gold standard. The errors resulting from the quantification are better than those available in the literature; the mean of those errors is 0,83 ± 0,25 mm for acetabulum and 0,70 ± 0,17 mm for the femoral head. The mean execution time of the 3D reconstruction of the two structures forming the hip joint has been estimated at approximately 3,0 ± 0,3 min. The proposed method shows the potential of the solution which the image processing can provide to the surgeons in order to achieve their routine tasks. Such a method can be applied to every imaging modality.

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. : p. [134]-138.
Mots-clés libres:	Hanche. Tête du fémur. Acétabulum. Imagerie tridimentionnelle. 3D, 3D/2D, adjacent, déploiement, maillage, multi-structure, paramétrisation, parapluie, reconstruction, segmentation, surfacique, triangulaire, tête fémorale, cotyle
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse de Guise, Jacques A.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt:	30 juill. 2013 15:51
Dernière modification:	02 nov. 2022 14:18
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1184

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