Faculté des sciences et techniques de l'ingénieur STI, Section de microtechnique, Institut de production et robotique IPR (Laboratoire de systèmes robotiques 2 LSRO2)

Segmentation fémorale par modèle déformable et programmation dynamique

Marti, Gaëtan ; Baur, Charles (Dir.)

Thèse sciences Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 2007 ; no 3833.

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    Summary
    This Ph.D thesis presents new paradigms in the field of segmentation by mean of deformable models. Classic model-based segmentation approach consists of iteratively deform complex models in the space of the scanner slices until the organ to segment is fitted. The proposed works tries to improve the process by decomposing the problem in three distinct phases : First, anatomical landmarks of the organ to segment are automatically detected using a fast ray-casting technique ; A basic deformable model is next initialized to fit these landmarks. It allows approximately fitting the organ contour. This raw approximation can optionally be refined by a conventional registration ; Finally, an active contour method (snakes) allows to accurately delimiting the contour of the organ. Although contour delimitation by classic snake resolution usually converges to a local minimum, this problem is avoided by using dynamic programming. A main advantage of our approach is to propose a good compromise between segmentation speed and quality of the result. It also allows coming back to an interactive segmentation of the organ anytime. CT femoral segmentation of degenerative hips has been used to validate our approach. Good results were achieved on most of the patients. Only highly degenerated femurs with osteoporosis or arthritis were not fully automatically segmented. Thanks to the goods results achieved, this new segmentation paradigm could practically be used in prosthesis planning software like femur resurfacing.
    Résumé
    Cette thèse propose de nouveaux paradigmes dans le domaine de la segmentation par modèles déformables. Contrairement à l'approche classique qui consiste à faire évoluer itérativement un modèle déformable complexe de l'organe à segmenter dans l'espace des coupes scanners, notre approche simplifie et décompose le problème en trois phases : dans un premier temps, les caractéristiques anatomiques de l'organe à segmenter sont localisées automatiquement au moyen d'une technique de lancers de rayons. Ensuite, un modèle déformable simplifié est transformé pour correspondre à ces données. Il permet une localisation approximative du contour de l'organe. Ce positionnement brut peut être affiné par un recalage conventionnel. Enfin, le contour précis de l'organe est délimité par une méthode de segmentation par contours actifs (snakes). Nous utilisons une résolution basée sur la programmation dynamique afin d'éviter les problèmes des minima locaux inhérents à ce type de segmentation. Les avantages principaux de cette nouvelle approche sont un très bon compromis entre la vitesse de segmentation, la qualité du résultat et la possibilité de revenir à tout moment à une segmentation interactive de l'organe. La problématique de la segmentation du fémur (au niveau de l'articulation de la hanche) sur des séries CT chez des patients présentant de fortes pathologies est utilisée pour valider notre approche. Au vu des bons résultats obtenus, ce nouveau paradigme de segmentation pourrait, concrètement, être utilisé dans des logiciels de planification prothétiques, comme par exemple pour la pose d'implants fémoraux par resurfaçage.