La fusion des images en Médecine Nucléaire. Situation actuelle.

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M. Vermandel, N. Betrouni, E. Guedj, O. MundlerLe recalage optimal correspond dèslors à minimiser l’entropie jointe, soitmaximiser l’information mutuelle.Notons que pour améliorer la robustessede l’information mutuelle l’informationmutuelle normalisée introduitepar Studholme et al [22], peutêtre appliquée. L’information mutuellenormalisée est décrite par :où IMN est l’information mutuellenormalisée.Notons, enfin, que l’utilisation de l’informationmutuelle permet de s’affranchirdes contraintes liées au contrasteet à la différence de contenu.Cette solution de recalage peut êtredécrite selon le Tableau III.- Tableau III -Description de la solution de recalage intrinsèque en suivant les critères du Tableau I.Details on the intrinsic registration solution according to the table 1recherche de la meilleure transformation.La Figure 7 présente un cas derecalage et de fusion issu d’une planificationen radiothérapie. Les imagesTEP sont acquises en conditionsstandard tandis que l’examen TDM estréalisé dans le cadre de la planificationdosimétrique, le patient est doncen position de traitement (table similaireà celle de l’accélérateur linéaire,bras derrière la tête). Dans ce cas, ilest nécessaire de déterminer unematrice de transformation valable localement.Le logiciel doit permettrede corriger interactivement la transformationpuisque la transformationoptimale ne permet pas nécessairementau praticien de fusionner correctementles zones d’intérêts. Le logicielARTIVIEW© utilisé pour cetteillustration permet de réaliser cettecorrection et ainsi de contourer lesimages TDM dans les limites de validitédu recalage.EXEMPLES CLINIQUESDE RECALAGE ET FUSIOND’IMAGESProblèmes des déformationsLe recalage rigide ne permet pas des’affranchir des problèmes liés à ladéformation des organes (battementcardiaque, respiration, différents niveauxde remplissage de la vessieentre deux examens…). Les mouvementsréguliers, comme la respirationou les battements du cœur, peuventêtre pris en compte en utilisant dessolutions technologiques d’asservissementou "gating" [23, 24, 25].Par contre les déformations aléatoiresnécessitent l’utilisation d’algorithmesde recalage dits élastiques (flotoptique [26], spline de plaques minces[27]…) Beaucoup plus complexeà mettre en œuvre et pour lesquelsune validation quantitative reste difficileà réaliser.Problèmes du positionnementdu patientLa fusion multimodale impose certainesprécautions quant au positionnementdu patient lors des acquisitionssur les différents imageurs. Eneffet, même si sans contention particulière(masque thermoformé, matelasà dépression…) reproduire avecexactitude une position donnée estimpossible, il convient de placer, aumoins, dans les mêmes conditions lepatient (position des bras, des jambes,cubitus ou décubitus, table identique…)afin de minimiser les déformationsd’une part et de faciliter laRecalage d’images analogiques Il s’agit très certainement du plusancien recalage d’image dont on disposeen médecine nucléaire. Dans lecas d’une acquisition double-tête simultanée,la superposition de deuxfilms radiologiques sur un négatoscopepourra permettre de retrouver,par exemple en face postérieure, uneanomalie retrouvée sur une scintigraphieosseuse en face antérieure, autorisantainsi une localisation plus précisede cette anomalie de fixation (Figure8). Cet "algorithme" va aussi permettred’éliminer une hyperfixationdite positionnelle, proximité plus importanted’un des deux détecteurs dela pièce osseuse à l’origine d’une asymétriede fixation en postérieur parexemple pour une sacro-iliaque maisle plus souvent asymétrie inversée enantérieur. Une autre utilisation de cet"algorithme" permet de localiser uneMédecine Nucléaire - Imagerie fonctionnelle et métabolique - 2006 - vol.30 - n°11 721

La fusion des images en Médecine Nucléaire. Situation actuelle.lésion comme surrénalienne grâce àla superposition d’une imagerie 131 I-MIBG à une imagerie rénale auDMSA…. Dans l’imagerie de superpositions,on peut aussi superposera.deux images de deux examens successifs,en particulier scintigraphieosseuse, afin de visualiser l’évolutionde lésions métastatiques.Imagerie hybride TEP-TDMIl s’agit là de la plus grande avancéequi a été faite ces dernières annéespermettant la combinaisond’une imagerie morphologique etanatomique à une imagerie métabolique.Mais il peut exister un décalaged’acquisition. En effet, même sile patient reste sur la même table pendanttoute la durée de l’examen, ilne s’agit en aucun cas d’une acquisitionsimultanée ; d’abord acquisitiontomodensitométrique, qui prendra 20à 25 sec, et pour laquelle les mouvementsdu patient seront minimes,puis acquisition scintigraphique quiprendra 20 à 25 min, le patient ayanttout loisir de bouger et bien évidemmentde respirer. (Figure 11)b.DISCUSSION- Figure 8 -a. Un doute peut exister sur la présence d‘une lésion costale posterieure ( )mais la vision de ce foyer en antérieur plaide en faveur d’une image rénale. Cecipeut être facilement confirmé par la superposition des images inversées.b. Incidence trois-quart objectivant l’excretion rénale.a. Rib abnormal focal uptake ? or renal cavity ?Answer can be easily found by the 2 inverse images superpositionb. 3/4 posterior view showing renal physiological tracer concentration Le principal problème que poseaujourd’hui la fusion d’image découledu recalage de deux acquisitionssuccessives et non simultanées.Si ceci ne présente pas d’inconvénientmajeur pour les organes "statiques",essentiellement le cerveau, ilen va tout autrement pour l’abdomenou le thorax, surtout lorsque lestemps d’acquisitions ne permettentpas de s’affranchir du péristaltismeintestinal, des mouvements respiratoireset du patient lui-même.Recalage semi-automatiqueTDM-imagerie scintigraphique Recalage semi-automatique d’imagerietomodensitométrie et d’imageriescintigraphique obtenue sur deuxéquipements différents, exemple :tumeur endocrinienne diagnostiquéepar scintigraphie à l’octréoscan etlocalisée grâce à la superpositiond’une tomodensitométrie obtenuesur un autre équipement (Figure 9).Ceci devrait pouvoir maintenant êtreeffectué en un seul temps grâce audéveloppement de tomographemonophotonique couplé à un TDM.(TEMP-TDM).Des logiciels appliqués à l’explorationcérébrale permettent par ailleursde réaliser la normalisation spatialed’une imagerie cérébrale fonctionnelle(perfusion, métabolisme,neuroreception) à des atlas d’imageriesanatomiques IRM, pour l’étudestatistique de groupes de patients.(Figure 10).En effet qu’attend-on de la fusiond’images médicales ?Que les données fonctionnelles etanatomiques superposées puissentpermettre une aide :- diagnostique : à telle ou telle anomaliemorphologique correspond-il,ou non, une lésion hypermétaboliqueou non ? à telle image anatomiquenormale correspond-il un fonctionnement,un métabolisme ou uneperfusion normaux ou anormaux,- thérapeutique : précision sur unelésion et son extension locale, régionaleà distance, avant une interventionchirurgicale ou radiothérapie,722Médecine Nucléaire - Imagerie fonctionnelle et métabolique - 2006 - vol.30 - n°11

M. Vermandel, N. Betrouni, E. Guedj, O. MundlerLe recalage optimal correspond dèslors à minimiser l’<strong>en</strong>tropie jointe, soitmaximiser l’information mutuelle.Notons que pour améliorer la robustessede l’information mutuelle l’informationmutuelle normalisée introduitepar Studholme et al [22], peutêtre appliquée. L’information mutuell<strong>en</strong>ormalisée est décrite par :où IMN est l’information mutuell<strong>en</strong>ormalisée.Notons, <strong>en</strong>fin, que l’utilisation de l’informationmutuelle permet de s’affranchir<strong>des</strong> contraintes liées au contrasteet à la différ<strong>en</strong>ce de cont<strong>en</strong>u.Cette solution de recalage peut êtredécrite selon le Tableau III.- Tableau III -Description de la solution de recalage intrinsèque <strong>en</strong> suivant les critères du Tableau I.Details on the intrinsic registration solution according to the table 1recherche de la meilleure transformation.<strong>La</strong> Figure 7 prés<strong>en</strong>te un cas derecalage et de <strong>fusion</strong> issu d’une planification<strong>en</strong> radiothérapie. Les <strong>images</strong>TEP sont acquises <strong>en</strong> conditionsstandard tandis que l’exam<strong>en</strong> TDM estréalisé dans le cadre de la planificationdosimétrique, le pati<strong>en</strong>t est donc<strong>en</strong> position de traitem<strong>en</strong>t (table similaireà celle de l’accélérateur linéaire,bras derrière la tête). Dans ce cas, ilest nécessaire de déterminer unematrice de transformation valable localem<strong>en</strong>t.Le logiciel doit permettrede corriger interactivem<strong>en</strong>t la transformationpuisque la transformationoptimale ne permet pas nécessairem<strong>en</strong>tau pratici<strong>en</strong> de <strong>fusion</strong>ner correctem<strong>en</strong>tles zones d’intérêts. Le logicielARTIVIEW© utilisé pour cetteillustration permet de réaliser cettecorrection et ainsi de contourer les<strong>images</strong> TDM dans les limites de validitédu recalage.EXEMPLES CLINIQUESDE RECALAGE ET FUSIOND’IMAGESProblèmes <strong>des</strong> déformationsLe recalage rigide ne permet pas <strong>des</strong>’affranchir <strong>des</strong> problèmes liés à ladéformation <strong>des</strong> organes (battem<strong>en</strong>tcardiaque, respiration, différ<strong>en</strong>ts niveauxde remplissage de la vessie<strong>en</strong>tre deux exam<strong>en</strong>s…). Les mouvem<strong>en</strong>tsréguliers, comme la respirationou les battem<strong>en</strong>ts du cœur, peuv<strong>en</strong>têtre pris <strong>en</strong> compte <strong>en</strong> utilisant <strong>des</strong>solutions technologiques d’asservissem<strong>en</strong>tou "gating" [23, 24, 25].Par contre les déformations aléatoiresnécessit<strong>en</strong>t l’utilisation d’algorithmesde recalage dits élastiques (flotoptique [26], spline de plaques minces[27]…) Beaucoup plus complexeà mettre <strong>en</strong> œuvre et pour lesquelsune validation quantitative reste difficileà réaliser.Problèmes du positionnem<strong>en</strong>tdu pati<strong>en</strong>t<strong>La</strong> <strong>fusion</strong> multimodale impose certainesprécautions quant au positionnem<strong>en</strong>tdu pati<strong>en</strong>t lors <strong>des</strong> acquisitionssur les différ<strong>en</strong>ts imageurs. Eneffet, même si sans cont<strong>en</strong>tion particulière(masque thermoformé, matelasà dépression…) reproduire avecexactitude une position donnée estimpossible, il convi<strong>en</strong>t de placer, aumoins, dans les mêmes conditions lepati<strong>en</strong>t (position <strong>des</strong> bras, <strong>des</strong> jambes,cubitus ou décubitus, table id<strong>en</strong>tique…)afin de minimiser les déformationsd’une part et de faciliter laRecalage d’<strong>images</strong> analogiques Il s’agit très certainem<strong>en</strong>t du plusanci<strong>en</strong> recalage d’image dont on dispose<strong>en</strong> médecine nucléaire. Dans lecas d’une acquisition double-tête simultanée,la superposition de deuxfilms radiologiques sur un négatoscopepourra permettre de retrouver,par exemple <strong>en</strong> face postérieure, uneanomalie retrouvée sur une scintigraphieosseuse <strong>en</strong> face antérieure, autorisantainsi une localisation plus précisede cette anomalie de fixation (Figure8). Cet "algorithme" va aussi permettred’éliminer une hyperfixationdite positionnelle, proximité plus importanted’un <strong>des</strong> deux détecteurs dela pièce osseuse à l’origine d’une asymétriede fixation <strong>en</strong> postérieur parexemple pour une sacro-iliaque maisle plus souv<strong>en</strong>t asymétrie inversée <strong>en</strong>antérieur. Une autre utilisation de cet"algorithme" permet de localiser uneMédecine Nucléaire - Imagerie fonctionnelle et métabolique - 2006 - vol.30 - n°11 721

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