Visualisation d’échographies 3D : une nouvelle méthode basée sur le concept de « focus + context »

St-Onge, Samuelle (2023). Visualisation d’échographies 3D : une nouvelle méthode basée sur le concept de « focus + context ». Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’échographie fait partie de la norme de soin pour la visualisation de l’anatomie du cœur en milieu hospitalier. Bien que l’utilisation de l’échographie 2D soit toujours répandue en clinique, l’échographie 3D/4D est la méthode de choix pour évaluer le mouvement et le fonctionnement des valves cardiaques, facilitant la manipulation et l’interprétation de l’anatomie du patient. Les systèmes commerciaux d’échographies cardiaques, qui utilisent une technique appelée le rendu volumétrique direct, possèdent habituellement un certain nombre de paramètres permettant aux utilisateurs cliniques d’optimiser en temps réel la visualisation des composantes anatomiques d’intérêt, telles que les valves cardiaques. Malgré la pertinence des plateformes commerciales en milieu clinique, il n’existe pas de travaux à notre connaissance qui supportent les méthodes présentement employées. De plus, il existe toujours certaines limitations au niveau de l’ajustement des paramètres, qui font en sorte qu’il est difficile d’optimiser la visualisation des valves sans rencontrer un problème d’occlusion causé par une quantité d’information contextuelle superflue. Le défi consiste à conserver le plus d’information contextuelle possible, permettant ainsi aux utilisateurs cliniques de bien se situer dans l’anatomie du patient, tout en ayant la meilleure visualisation possible de la valve, qui est généralement la composante anatomique d’intérêt principal.

Dans l’objectif de proposer une solution à ce problème d’occlusion, une nouvelle méthode de visualisation d’échographies 3D/4D a été développée en se basant sur le « focus + context » (F+C), une technique de visualisation visant à présenter une région d’intérêt détaillée accompagnée d’une vue d’ensemble plus grossière du contexte qui l’entoure. Cette nouvelle méthode de visualisation d’échographies cardiaques a pour objectif de permettre à l’utilisateur clinique de modifier les valeurs des paramètres de façon différente à l’intérieur d’une certaine région sphérique d’intérêt, ce qui permet d’ajuster les paramètres de la valve et ceux du contexte de façon indépendante. La nouvelle méthode de visualisation a été validée dans le cadre d’une étude usager menée auprès d’experts cliniques au Children’s Hospital of Philadelphia (CHOP) ainsi qu’au Centre Hospitalier de l’Université de Montréal (CHUM) et au CHU Sainte-Justine. Dans le cadre de cette étude, les participants ont optimisé des paramètres de visualisation pour une série d'échographies avec la méthode conventionnellement employée par les plateformes commerciales, puis avec la nouvelle méthode proposée avec F+C. Suite à l’étude usager, la pertinence d’une méthode basée sur le F+C dans le cadre de la visualisation d’échographies cardiaques a été démontrée. Plus spécifiquement, les résultats de l’étude usager ont démontré une différence dans l’ajustement des paramètres par les experts cliniques dans la région de l’anatomie contextuelle lorsque la méthode basée sur le F+C était utilisée.

Titre traduit

3D echocardiogram visualization : a new method based on the concept of “focus + context”

Résumé traduit

Echocardiography is part of the standard of care for the visualization of the heart anatomy in the hospital setting. Although the use of 2D echocardiography is still widespread clinically, 3D/4D echocardiography is the method of choice to assess the movement and function of the heart valves, facilitating the manipulation and interpretation of the patient’s heart anatomy. Commercial cardiovascular ultrasound systems, which use a technique called direct volume rendering, have a certain number of parameters that allow clinical users to optimize the realtime visualization of the anatomical components of interest, such as the heart valves. Despite the relevance of commercial platforms in the clinical setting, to our knowledge, there is currently no work that supports the methods that are currently used. In addition, there are still some limitations in terms of parameter adjustment, which make it difficult to optimize valve visualization without encountering an occlusion problem caused by superfluous contextual information. The challenge is to retain as much contextual information as possible, allowing clinical users to properly situate themselves within the patient's anatomy, while having the best possible visualization of the valve, which is usually the anatomical component of primary interest.

With the aim of proposing a solution to this occlusion problem, a new method for viewing 3D/4D echocardiograms has been developed based on “focus + context” (F+C), a visualization technique which aims to present a detailed region of interest along with an overview of the surrounding context in lesser detail. This new method for viewing echocardiograms is intended to allow the clinical user to modify parameter values differently within a certain spherical region of interest, allowing to independently adjust the parameters for the valve and those of the context. The new visualization method was validated in a user study conducted with clinical experts in Philadelphia at the Children's Hospital of Philadelphia (CHOP) as well as in Montreal at the Centre Hospitalier de l'Université de Montréal (CHUM) and CHU SainteJustine. As part of this study, clinical experts optimized visualization parameters for a series of echocardiograms with the method traditionally used by commercial platforms, then with the proposed method with F+C. Following the user study, the relevance of a F+C-based method in the context of echocardiogram visualization has been demonstrated. More specifically, the user study results showed a difference in parameter adjustment by clinical experts in the contextual anatomy region when using the F+C-based method.

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 avec mémoire en génie des technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 95-101).
Mots-clés libres:	échographie cardiaque 3D/4D, visualisation d’images médicales, rendu volumétrique, « focus + context », étude usager
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Drouin, Simon
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	16 juin 2023 19:09
Dernière modification:	16 juin 2023 19:09
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3235

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