Processus de visualisation tridimensionnelle en imagerie médicale L'information tridimensionnelle, ou du moins une partie de cette information, doit être

CHAPITRE II : Techniques de visualisation tri et multidimensionnelle

plan de projection

rayon

coupes

voxels le long du rayon

figure II-8 Rayons entiers

plan de projection coupes

rayon

figure II-9

Incréments le long du rayon

1.6. Processus de visualisation tridimensionnelle en imagerie médicale

CHAPITRE II : Techniques de visualisation tri et multidimensionnelle

-la visualisation des coupes.

L'acquisition est souvent composée d'une série de coupes tomographiques parallèles.

L'exploration du volume la plus simple consiste à visualiser spatialement ou temporellement les coupes. Cette mise en parallèle des informations aide le médecin à reconstruire mentalement le volume.

-le reformatage des coupes.

Le volume, échantillonné sous forme de coupes, privilégie une direction. Le reformatage des coupes (par des plans obliques ou sur des surfaces définies interactivement [Robb89]) permet à l'utilisateur de visualiser le volume selon des orientations plus pertinentes au sens de l'anatomie. Ce type de visualisation repose sur les outils d'interpolation 3D.

-la visualisation 3D "directe".

Ce type de visualisation consiste à calculer l'image du volume selon une direction donnée à travers une fonction de transfert. Nous pouvons citer par exemple :

*la projection et l'intégration sur l'écran de la fonction échantillonnée par les voxels [Jin91].

Cette technique permet la simulation de radiographie avec des points de vue différents, ou l'extraction de régions d'intérêt.

*la Projection de l'Intensité Maximale (MIP en anglais).

La visualisation de vaisseaux échantillonnés dans une grille 3D (Angiographie IRM) pose des difficultés aux représentations surfaciques. Les diamètres des vaisseaux sont de l'ordre de grandeur de l'échantillonnage. Ce fait entraîne une segmentation malaisée (artefacts "en escalier") et la quasi-impossibilité d'estimer une normale par un opérateur discret. La projection de l'intensité maximale trouvée le long d'une ligne de vue correspond à une segmentation visuelle du vaisseau.

-la visualisation surfacique.

La projection des informations sur l'écran ne permet pas une appréhension directe du volume sur l'écran. La représentation des surfaces (leur position, leur orientation, l'occlusion des surfaces cachées, l'ombrage en fonction de sources d'éclairement,...) donne une image directement interprétable dans le volume. Elle rend une image "naturelle" des objets visualisés et a fait le succès de l'imagerie médicale. Ce mode de visualisation sous- entend une étape de segmentation avant ou pendant la visualisation.

-la représentation volumique

Elle devrait plutôt s'appeler représentation de surfaces par semi-transparence. Ces techniques sont basées sur une segmentation floue des différentes structures. Une opacité est ainsi attribuée à chaque classe de l'image 3D. Les surfaces sont ensuite rehaussées (opacifiées) et les zones homogènes rendues transparentes. L'intégration de l'opacité et de la couleur (représentative de la classe et de l'ombrage) des voxels le long de la ligne de vision produit des images où les diverses structures (leurs surfaces) sont vues par semi- transparence. Cette technique a pour intérêt de présenter et de distinguer entre eux les différents tissus. En outre elle permet la représentation d'organes difficilement segmentables.

-le mouvement

CHAPITRE II : Techniques de visualisation tri et multidimensionnelle

La perception tridimensionnelle est largement améliorée par le mouvement de la scène (ou de l'observateur). D'une part, un mouvement continuel aide physiologiquement la perception 3D [Farrel85] [Ney90]. Ainsi, la géométrie d'un arbre vasculaire, visualisé par MIP, ne peut être perçu que par le mouvement.

D'autre part, l'analyse d'un objet en 3D est facilitée par la manipulation directe de la scène par l'observateur. Celui-ci tourne autour de la scène, choisit les points de vue intéressants,... Cette manipulation sous-entend des outils de visualisation interactive (choix du point de vue, calcul rapide d'une image,...).

-la stéréoscopie

La visualisation binoculaire est un des apports les plus importants à la perception tridimensionnelle des objets proches. Les premiers essais d'une telle vision sont relativement anciens. Il s'agit de la représentation en couleurs différentes des deux images sur un même écran et de la séparation des deux images au niveau des yeux par le port de lunettes filtrantes ou polarisées. Les recherches actuelles sont axées sur l'élaboration de récepteurs vidéo de petites tailles, visibles individuellement par chaque oeil. Ces récepteurs sont fixés sur la tête du patient [Fisher88] ou sur un support externe présentant de forts degrés de liberté [Bryson92].

-la visualisation totalement interactive

La stéréoscopie, l'imagerie 3D en mouvement associée à des outils de manipulation spatiale (repérage de l'orientation de la vision, capteurs tactiles associés à la main,...) ont permis de plonger l'observateur dans un monde virtuel totalement interactif. L'observateur -plus exactement le manipulateur ou l'acteur- se déplace, interagit dans ce monde. Si ce type d'outils de visualisation est surtout élaboré pour les simulateurs (de vol,...) ou pour les jeux vidéo, il existe néanmoins quelques réalisations dans le domaine scientifique : essais en soufflerie virtuelle [Bryson92], imagerie médicale interactive [Fuchs90],...

Hormis ces trois dernières formes de représentation qui nécessitent un équipement perfectionné et rapide, ces différentes techniques sont présentes (ou le seront dans un futur proche) en routine médicale. La définition des domaines d'utilisation et de l'intérêt clinique font encore l'objet de controverse et doivent être évalués. Dans le domaine de la chirurgie osseuse, Vannier et autres [Vannier89] confrontent les différents modes de représentation et évaluent, sous forme de courbes ROC, leur utilité pour la détection et la caractérisation de synostoses crânienne et de fractures de la hanche.

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