RECONSTRUCTION 3D EN GÃOMÃTRIE CONIQUE : utilisation d ...

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Reconstruction 3D en géométrie coniqueD’un point de vue pratique, l’utilisation d’un collimateursténopé peut générer deux types particuliers de problème.Tout d’abord, afin de passer au plus près de l’organe étudié,il est souvent nécessaire d’incliner la γ-caméra (dansle cas de l’exploration thyroïdienne, afin d’éviter les épaules).Le détecteur n’est alors plus parallèle à l’axe de rotation.Ensuite, le point focal peut ne pas se projeter perpendiculairementsur le centre du détecteur. Ces deux problèmesnécessitent des traitements particuliers sous peined’obtenir des images contenant des objets totalement déformés.Aujourd’hui deux grands types de méthodes se distinguentdans le domaine de la reconstruction d’images : lesméthodes analytiques et les méthodes algébriques. Lespremières ont l’avantage, la plupart du temps, d’être rapides.Les secondes sont généralement plus lentes mais lescapacités sans cesse croissantes des ordinateurs autorisentl’utilisation de méthodes de plus en plus lourdes encalculs et en gestion de mémoire. Le principal avantagedes méthodes algébriques reste cependant la possibilitéd’inclure dans le processus de reconstruction lui-mêmedes modèles précis de correction des phénomènes physiques(atténuation, diffusé Compton...) altérant la qualitédes projections et, par conséquent, celle des images.Cette partie présente tout d’abord un algorithme de reconstructiontridimensionnelle développé industriellementpar le constructeur Elsint et s’appuyant sur la méthodeanalytique prososée par Manglos et al. (8) et validée parWanet et al. (4). Est ensuite présentée une méthode dereconstruction algébrique (itérative) tridimensionnelle développéeau sein du Laboratoire de Biophysique et deTraitement de l’Image de la Faculté de Médecine de Nice(9,10).1.1. Méthode analytique :algorithme de FeldkampParmi toutes les méthodes développées aujourd’hui pourla reconstruction tridimensionnelle, l’algorithme décrit parFeldkamp et al. (11) est sûrement le plus utilisé. Ses principauxavantages résident dans sa facilité de mise en oeuvreet sa rapidité d’exécution liée à sa forme équivalente à unfiltrage-rétroprojection. En outre, il a été montré que la plupartdes méthodes exactes - autrement dit toutes les méthodesdéveloppées pour des trajectoires répondant à lacondition de Tuy - se réduisaient finalement, lorsqu’ellesétaient appliquées à la trajectoire circulaire, à l’algorithmede Feldkamp. Il faut cependant noter que la méthode deGrangeat (12) est théoriquement supérieure car elle inclutun traitement particulier permettant de réduire l’influencedu manque de données induit par l’utilisation d’une trajectoired’acquisition circulaire.Le principe fondamental de l’algorithme de Feldkamp consisteà étendre à la géométrie conique la formule de filtrage-rétroprojectiondéveloppée pour la géométrie en éventail.Ainsi, la formule qui est utilisée pour le plan médian,contenant la trajectoire d’acquisition (Figure 2), est étendueà tous les plans passant par le point focal et perpendiculaireau détecteur.trajectoired’acquisitionpoint focalaxe de rotationplan médiandétecteur- FIGURE 2 -Illustration du principe de la méthode de FeldkampCet algorithme fût écrit au départ pour une configurationconique classique dans laquelle le point focal se projetteau centre du détecteur et la caméra reste parallèle à l’axe derotation. Comme cela a été rappelé plus haut, le collimateursténopé est, en pratique, utilisé dans des conditions différentes,notamment d’inclinaison du détecteur. Une solutiona été proposée par Manglos et al. (8). Cette méthodeincorpore un prétraitement des projections afin de se retrouverdans une configuration classique, plus facile à traiter.La technique utilisée consiste à calculer les projectionssur un détecteur virtuel à partir des projections acquisessur le détecteur réel (Figure 3).détecteurvirtueldétecteurpoint focal- FIGURE 3 -Adaptation de l’algorithme de Feldkamp pour un détécteur incliné.Revue de l'ACOMEN, 1998, vol.4, n°2153
I. LAURETTE, Ph. DESVIGNES, P.M. KOULIBALY, E. DEBREUVE, J. DARCOURTLe problème du manque de données n’est, par contre, pasabordé. En dernier lieu, comme dans toute technique defiltrage-rétroprojection, un filtre passe-bas est nécessairepour réduire l’influence du bruit haute-fréquence.Le collimateur sténopé (pinhole), est un collimateur coniqueparticulier, utilisé dans tous les services de médecinenucléaire pour l’exploration des petits organes, et surtoutla thyroïde. A résolution égale, la sensibilité des collimateursà géométrie conique est supérieure à celle des collimateursparallèles, mais ceci n’est vrai que jusqu’à unecertaine distance de l’objet. Les résultats des mesures desensibilité et de résolution (FWHM) en fonction de la distancesont présentés Figures 4 et 5. Ils permettent decomparer les performances de 2 inserts de collimateurssténopé (3 et 5 mm) avec celles d’un collimateur parallèleLEHR sur une même caméra (DSX Sopha Médical Vision).1.2. Méthode algébriqueCes méthodes sont plus coûteuses encore en temps decalcul que ne le sont les méthodes utilisées en 2D. Cependant,elles présentent l’avantage de pouvoir prendre encompte diverses contraintes, soit dans la modélisation duprojecteur, soit à travers le processus de régularisation.Comme en 2D, elles peuvent aussi permettre de réduirel’influence des phénomènes d’atténuation ou de diffusionet de traiter le bruit grâce à des hypothèses a priori convenables.Pour des acquisitions réalisées avec un collimateursténopé, ce type de méthode permet aussi de réduireles conséquences des problèmes spécifiques que posecette géométrie. L’opérateur inclut les coordonnées dupoint focal grâce à une opération préalable de calibration(9,13). Il tient également compte de l’inclinaison ("tilt") dela caméra lors de l’acquisition qui permet de passer au plusprès de l’objet. Enfin, la régularisation permet de traiter lebruit en faisant l’hypothèse que l’image recherchée estformée de zones homogènes séparées par des bords francs.Elle permet aussi de compenser le manque de donnéesinhérent à une trajectoire d’acquisition circulaire en ajoutantune contrainte de support (10).2. Application à l’explorationthyroïdienneUne limitation de la scintigraphie planaire conventionnelleest représentée par les nodules qualifiés "d’isofixants",exposant à un risque de dégénérescence cancéreuse voisinde celui des nodules manifestement froids (de l’ordrede 10 %). L’aspect d’isofixation d’un nodule révèle en faitsouvent une zone froide masquée par du tissu thyroïdiensain, qui fixe normalement le traceur. L’étude de coupes(reformatées à partir du volume 3D reconstruit) devraitpermettre de visualiser l’aspect réel de fixation du nodule,en évitant l’effet de superposition du planaire et, donc, detirer le meilleur parti de l’examen scintigraphique, dont laplace est actuellement controversée pour l’exploration dunodule thyroïdien.sensibilité (cps/sec/k.Bq)FWHM (mm)9876543210,350,30,250,20,150,10,0501 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15distance (cm)- FIGURE 4 -Sensibilité en fonction de la distance :triangles = collimateur parallèle LEHR,cercles = sténopé avec insert 3 mm,carrés = sténopé avec insert 5 mm.01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15distance (cm)- FIGURE 5 -Résolution en fonctionde la distance :triangles = collimateur parallèle LEHR,cercles = sténopé avec insert 3 mm,carrés = sténopé avec insert 5 mm.On peut exploiter ces performances, en utilisant le mêmecollimateur pour l’imagerie 3D car la forme conique du collimateurpermet une rotation à plus faible distance par rapportau collimateur parallèle. Une inclinaison de la tête dela caméra , permet de passer au niveau des épaules pour serapprocher un peu plus de la thyroïde (Figure 6).Trois équipes ont déjà mené des études cliniques avecreconstruction thyroïdienne tridimensionnelle après acquisitionsavec un collimateur sténopé : l’équipe belge deStegen et Wanet (3,4) ; l’équipe parisienne de Helal et al.(5) et notre équipe à Nice (6). Nous allons rappeler lesméthodes de reconstruction qu’ils ont utilisées et leursrésultats.154 Revue de l'ACOMEN, 1998, vol.4, n°2
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