Reconstruction tridimensionnelle du pelvis à partir de radiographies biplanes

Lenéez, Romain (2023). Reconstruction tridimensionnelle du pelvis à partir de radiographies biplanes. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La radiographie biplane permet d’obtenir suffisamment d’information pour reconstruire une structure osseuse en trois dimensions tout en limitant l’irradiation du patient. Cette technique est donc particulièrement appropriée au suivi des pathologies comme la scoliose idiopathique adolescente qui nécessite des examens réguliers et qui profite de la visualisation en trois dimensions des os comme le pelvis. La reconstruction tridimensionnelle à partir de deux radiographies est toutefois un processus complexe, en particulier pour une structure de grande taille comme le pelvis.

L’objectif de ce mémoire est de proposer une méthode de reconstruction du pelvis la plus automatique possible avec une précision similaire aux méthodes actuelles. Notre approche consiste à créer par analyse en composantes principales un modèle de forme active qui est déformé de manière à optimiser la similarité entre ses contours et les contours repérés sur les radiographies. La position du modèle déformable est initialisée à partir de 15 points caractéristiques repérés manuellement et les contours de référence sont détectés automatiquement à l’aide d’un réseau de neurones convolutifs (R2U-Net).

Pour mesurer la pertinence de l’utilisation d’un modèle actif de forme genré ou mixte, trois modèles (un masculin, un féminin et un mixte) ont été créés à partir de 115 bassins de référence (64 femmes et 51 hommes) obtenus à partir d’acquisitions EOS (EOS Imaging). Nous avons reconstruit 20 bassins (10 féminins et 10 masculins) à l’aide notre méthode avec une distance quadratique moyenne de 2,3 ± 3,4 mm; 2,2 ± 3,0 mm et 2,2 ± 3,0 mm respectivement pour les modèles féminin, masculin et mixte.

Notre méthode permet donc la reconstruction du pelvis à partir de radiographies biplanes avec une précision similaire à la méthode actuellement mise en place par EOS Imaging, mais avec une méthode automatique en dehors de l’étape d’initialisation.

Titre traduit

3D-reconstruction of the pelvic bone from biplanar radiographs

Résumé traduit

Biplanar radiography gives enough information to reconstruct a bone in three dimensions, while limiting the radiation dose received by the patient. This technique is particularly useful for the medical monitoring of pathologies like adolescent idiopathic scoliosis. The patients with such pathology need frequent examination and the 3D visualization of the pelvis may help with the diagnosis or the monitoring of the disease. However, 3D reconstruction of a structure as big as the pelvis using only two biplanar radiographs cans be complex.

The objective of this work is to present a method for pelvic reconstruction as automatic as possible, with a precision similar or better than the methods currently used. We use a principal component analysis to create an active shape model which is deformed in order to maximize the similarity between its projected contours and the reference contours detected on the radiographs. The initial position of the model is calculated from the position of 15 manually detected landmarks and the reference contours are automatically detected using a convolutional neural network (R2U-Net).

To assess the relevancy of using a gendered model or not, three active shape models (one female, one male and one non-gendered) were created from 115 reference pelvises (64 females and 51 males) obtained from EOS acquisitions (EOS Imaging). We reconstructed 20 pelvises with an RMS distance of 2,3 ± 3,4 mm; 2,2 ± 3,0 mm et 2,2 ± 3,0 mm for the female, male and neutral models.

Our method allows to reconstruct a pelvis from two biplanar radiographs with a precision similar to the method implemented by EOS Imaging, but with a method fully automated in the exception of its initialization.

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 maitrise avec mémoire en génie concentration technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 131-142).
Mots-clés libres:	radiographie biplane, reconstruction 3D du pelvis, automatisation, détection de contours
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Vázquez, Carlos
Codirecteur:	Codirecteur de Guise, Jacques A.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	04 mars 2024 17:01
Dernière modification:	04 mars 2024 17:01
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3419

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