Contributions à l'étude de la classification spectrale et applications

146 Extraction de connaissances appliquée à la biologie et l’imagerie médicale
Figure 4.20 – Estimation du nombre de clusters
4.9.1 Simulation des images TEP réalistes
La simulation numérique est couramment utilisée dans le domaine du traitement d’image. Elle
constitue une aide précieuse pour le développement et l’évaluation de méthodes car elle permet de
disposer d’une vérité terrain à laquelle on va comparer les résultats obtenus.
Dans l’imagerie médicale, ces simulations sont généralement effectuées selon la méthode Monte-
Carlo, fondée sur les théories des probabilités, particulièrement adaptées à la physique médicale à
cause de la nature stochastique des processus d’émission, de transport et de détection. Pour reproduire
aussi fidèlement que possible les différents phénomènes physiques impliqués dans l’acquisition
réelle d’images TEP, nous nous sommes appuyés sur la plateforme de simulation GATE (Geant4
Application for Tomographic Emission), qui est l’outil de référence actuel. Cette plate-forme de
simulation Monte-Carlo générique est dédiée à la simulation d’applications en SPECT et TEP.
Cette plateforme est construite à partir de la bibliothèque GEANT4 [2] développée par le CERN
pour la simulation du transport et de l’interaction de particules dans la matière. La plateforme
GATE permet de modéliser des processus physiques dépendants du temps, de reproduire la physique
d’un imageur TEP (cf figure 4.21) et d’y introduire virtuellement un fantôme numérique qui
représente le patient subissant l’examen [5].
Un fantôme numérique du corps humain est une description géométrique virtuelle de la morphologie
de l’organisme. Il existe principalement deux types de représentations. D’une part la représentation
des structures de l’organisme comme un ensemble d’objets de forme géométrique de
complexité variable (e.g. des ellipses, des B-splines généralisées NURBS...). D’autre part, les fantômes
numériques provenant de la segmentation d’examens anatomiques réels (TDM ou IRM) avec
une labellisation de chacun des voxels de l’image. Pour ce travail autour du cerveau, nous avons
choisi d’utiliser le fantôme de tête proposé par Zubal [117]. Il correspond à la description d’une
IRM de tête, où chaque voxel est associé au label de la région du cerveau d’appartenance. A chaque
label, nous associons une TAC virtuelle, représentée sur la figure 4.16, et donc une valeur de la
concentration du radiotraceur exprimé en Becquerel par millilitre (Bq/ml), ainsi qu’une valeur
d’atténuation du tissu lui correspondant. A partir des ces trois types d’information (le fantôme,
l’activité du radiotraceur, et la valeur d’atténuation), le simulateur GATE (figure 4.22) permet de
reproduire les différents phénomènes d’une acquisition TEP réelle comme les processus statistiques
de désintégrations radioactives, d’interaction entre particules et de détection de photons.