FR2712415A1 - Procédé de repérage automatique de points d'intérêt lors d'un examen de stéréotaxie en mammographie. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de repérage automatique d'un point d'intérêt d'un objet à fort contraste par rapport aux tissus environnants par un dispositif de prises de vues stéréotaxiques comportant un système numérique d'acquisition des images, comprenant les étapes suivantes, pour chaque image du couple d'images stéréotaxiques: 1) analyse de l'histogramme des pixels de l'image et détermination d'un seuil correspondant à la différence entre les objets à fort contraste et les tissus environnants; 2) seuillage de l'image pour obtenir une image binaire à deux niveaux de gris; 3) filtrage de l'image seuillée à l'étape précédente selon des critères morphologiques de l'objet où se trouve le point d'intérêt, destiné à obtenir la projection segmentée de l'objet d'intérêt; 4) localisation du point d'intérêt dans le repère de l'image. Application aux examens de stéréotaxie en mammographie.
Description
PROCEDE DE REPERAGE AUTOMATIQUE
DE POINTS D'INTERET LORS D'UN EXAMEN DE
STEREOTAXIE EN MAMMOGRAPHIE
La présente invention concerne un procédé de repérage automatique de points d'intérêt rencontrés lors d'un examen de stéréotaxie en mammographie, effectué par un dispositif de prises de vues stéréotaxiques comportant un système numérique d'acquisition des images associé à des algorithmes de traitement d'images. Un tel procédé est particulièrement utilisé dans le domaine médical o la mammographie est un examen permettant de détecter des tumeurs du sein et de réaliser des traitements médicaux
et chirurgicaux.
Un examen de stéréotaxie en général permet d'accéder, avec une grande précision - de l'ordre du millimètre - à un point donné d'un objet tridimensionnel, à partir de deux projections bidimensionnelles de cet objet acquises selon deux incidences angulaires opposées de part et d'autre de la normale au plan du récepteur d'images
délivrant lesdites projections.
A partir de la connaissance d'une part, de la position de la projection du point donné dans le plan de chaque projection, et d'autre part, de la géométrie ayant conduit à la construction des deux projections, il est possible de calculer la position exacte de ce point dans
l'espace à trois dimensions, par calcul trigonométrique.
Dans le domaine de la mammographie, l'examen de stéréotaxie permet d'accéder précisément à un point donné dans le volume du sein examiné et de réaliser le
positionnement précis d'une aiguille dans le sein.
Cliniquement, il est alors possible soit de réaliser une cytoponction ou une micro-biopsie, afin d'analyser histologiquement les cellules prélevées, soit d'effectuer un repérage préchirurgical en marquant une zone interne du sein avec un colorant, un composé carboné ou un repère métallique, autrement appelé hameçon. Actuellement, en mammographie, l'examen de stéréotaxie est effectué à l'aide d'un mammographe équipé d'un dispositif de prises de vues stéréotaxiques. Le mammographe comprend un tube à rayons X, situé à l'extrémité d'un premier bras qui est mobile autour d'un axe et émettant un rayonnement X vers un récepteur situé à l'extrémité d'un autre bras. Entre le tube et le récepteur sont disposés d'une part un plateau porte-sein, autrement appelé support-patient, et d'autre part un plateau de compression assurant le maintien en place du sein lors des mammographies. Le récepteur d'images est soit un film photographique soit un récepteur numérique - une caméra CCD par exemple -. Les prises de vues stéréotaxiques nécessitent la rotation du tube à rayons X autour des plateaux porte-sein et de compression, selon deux orientations successives opposées de part et d'autre de sa position initiale perpendiculaire au plan du récepteur d'images. Ainsi pratiquement, l'examen de stéréotaxie en mammographie se déroule selon les étapes suivantes: - après positionnement et compression de sein, on effectue un premier cliché selon une incidence orthogonale au plan du récepteur d'images, qui est prise ensuite comme référence des angles. Cette étape permet de vérifier que le point d'intérêt auquel on veut accéder dans le sein est présent dans le champ de vue du récepteur, - on effectue un second cliché avec une incidence d'angle +e puis un troisième cliché avec une incidence d'angle -e, e étant typiquement égal à 15 degrés, par
rapport à l'incidence de référence.
Le radiologue doit repérer sur les deux clichés stéréotaxiques, à l'aide de deux curseurs, d'une part les deux points homologues correspondant au point physique de la lésion que le radiologue veut atteindre dans le sein avec la pointe d'une aiguille et d'autre part, les deux points homologues correspondant au point physique de référence des coordonnées du positionneur de l'aiguille autrement appelé porte- aiguille. Une fois repérées les coordonnées x et y de ces quatre points dans le plan du récepteur, un calculateur numérique détermine tout d'abord les coordonnées x, y et z dans l'espace du point de la lésion et de la référence du porte-aiguille, et connaissant la taille de l'aiguille et la géométrie du système d'acquisition indique ensuite au radiologue l'écart entre la position actuelle du porte-aiguille et la position de consigne dudit porte-aiguille qui doit permettre à l'aiguille d'atteindre le point d'intérêt de la lésion. Le radiologue annule alors les écarts 6x, 6y, et Sz en manipulant des molettes qui actionnent le positionneur de l'aiguille selon les trois axes x, y et z afin qu'en y plaçant l'aiguille, celle-ci atteigne le point cible de la lésion. Enfin, lors d'une procédure de contrôle le radiologue vérifie que la pointe de l'aiguille est bien positionnée dans le sein en prenant à nouveau deux clichés photographiques d'incidence + e, avant de
réaliser la ponction ou le marquage.
Cet examen radiologique présente l'inconvénient d'être relativement long et pénible pour la patiente. Aussi la présente invention a pour but de diminuer la durée de l'examen stéréotaxique en réduisant le nombre d'opérations effectuées par le radiologue tout en
augmentant la précision de l'examen.
Pour cela, l'invention utilise comme récepteur d'images, à la place du film photographique traditionnel, un système d'acquisition numérique des images associé à des algorithmes de traitement des images délivrées par ce système afin d'automatiser le repérage de quatre points d'intérêt. Ces quatre points d'intérêt sont: - les deux points homologues qui correspondent au point physique de référence du porte- aiguille, - les deux points homologues qui correspondent à la pointe de l'aiguille sur les deux clichés
stéréoscopiques de contrôle.
Un premier objet de l'invention est un procédé de repérage automatique d'un point d'intérêt d'un objet à fort contraste par rapport aux tissus environnants par un dispositif de prises de vues stéréotaxiques comportant un système numérique d'acquisition des images associé à des algorithmes de traitement de ces images, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes, pour chaque image du couple d'images stéréotaxiques: 1) analyse de l'histogramme des pixels de l'image et détermination d'un seuil correspondant à la différence entre les objets à fort contraste et les tissus environnants; 2) seuillage de l'image pour obtenir une image binaire à deux niveaux de gris; 3) filtrage de l'image seuillée à l'étape précédente selon des critères morphologiques de l'objet o se trouve le point d'intérêt, destiné à obtenir la projection segmentée de l'objet d'intérêt; 4) localisation du point d'intérêt dans le repère de l'image. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront à la lecture de la description suivante
d'un exemple particulier de mise en oeuvre du procédé,
ladite description étant faite en relation avec les
dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est le schéma-bloc du procédé de repérage selon l'invention; - la figure 2a est l'image brute d'un objet d'intérêt dans son environnement; - la figure 2b est la région d'intérêt brute seuillée; - la figure 2c est la projection de l'objet d'intérêt segmentée; - la figure 2d indique la localisation du point d'intérêt par un curseur; - la figure 3 est l'histogramme de l'image; - la figure 4 est un exemple d'implantation de l'étape de filtrage de la région d'intérêt du procédé de repérage selon l'invention; - la figure 5a est la région d'intérêt sans l'objet d'intérêt; - la figure 5b est la région d'intérêt seuillée inversée; - la figure 5c est la région d'intérêt avec l'objet d'intérêt et du bruit résiduel; - la figure 5d est la région d'intérêt obtenue apres l'étape d'ouverture morphologique de taille T2 effectuée sur la région de la figure 5c; - la figure 5e est la région d'intérêt apres labellisation; - la figure 6 est un exemple d'implantation de l'étape de localisation du point d'intérêt du procédé de repérage selon l'invention; - les figures 7a et 7b sont les profils respectivement
des lignes sommées et des colonnes sommées de l'image.
Les éléments portant les mêmes références dans les différentes figures remplissent les mêmes fonctions en
vue des mêmes résultats.
Le schéma bloc de la figure 1 indique les différentes étapes du procédé de repérage automatique des points homologues qui correspondent au point physique de référence des coordonnées du porte-aiguille, ce point étant par exemple le centre d'une croix dans le cas du dispositif STEREOTIX. Ce procédé permet également de repérer les deux points homologues qui correspondent à la pointe de l'aiguille sur les deux images stéréotaxiques de contrôle. Ces quatre points appartiennent à des objets présentant un fort contraste par rapport aux tissus de la glande mammaire environnante. Le procédé va être décrit pour la détection du point de référence du porte-aiguille, mais s'applique de manière identique à la détection de la
pointe de l'aiguille.
Grâce à la connaissance de la géométrie du système d'acquisition et des cotes des éléments constitutifs du
dispositif de prises de vues stéréotaxiques -
c'est-à-dire la distance entre le foyer du tube à rayons X et le récepteur d'images, l'angle de la colonne supportant le tube avec la normale au récepteur d'images, la position relative du porte- aiguille avec le support-patient par exemple -, l'étape O consiste à définir sur l'une des deux images brutes représentée sur la figure 2a du couple d'images stéréoscopiques, une région d'intérêt à l'intérieur de laquelle se trouve la projection de l'objet sur lequel se trouve le point de référence, cet objet étant la croix du support- patient
dans l'exemple décrit.
Bien que non obligatoire pour le déroulement du procédé, cette étape présente l'avantage de réduire les calculs puisqu'elle permet de ne pas traiter l'image entière
mais seulement l'intérieur d'une région.
Dans le cas particulier de l'image brute représentée sur la figure 2a, on voit la projection A de l'aiguille de biopsie, une croix C dont le centre correspond au point physique de référence des coordonnées du porte-aiguille faisant une zone sombre Z de densité variable, et les tissus T constituant la glande mammaire de densité
variable créant une zone claire.
Parallèlement à l'étape 0), va être analysé l'histogramme des pixels de l'image, lors de l'étape 1), représenté sur la figure 3. En abscisse est représenté le niveau de gris et en ordonnée est représenté l'occurance des niveaux de gris, en pixels. Le pic P1 correspond à l'objet à fort contraste et le pic P2 correspond aux tissus de la glande mammaire. La position de la vallée G qui sépare ces deux pics détermine la valeur de seuil qui va permettre ensuite la segmentation de l'objet contenant le point d'intérêt. On choisit par exemple la position du maximum M de la dynamique des minima calculée sur une certaine plage de niveaux de
gris, comme le montre la figure 3.
L'étape 2 consiste à effectuer le seuillage de l'image ou de la région d'intérêt définie à l'étape 1, afin d'obtenir une image binaire à deux niveaux de gris -figure 2b-. Dans cette région d'intérêt seuillée, la partie claire correspond majoritairement à la glande mammaire T et la partie sombre aux zones à fort
contraste dont le porte-aiguille.
L'étape 3 correspond à un filtrage pour éliminer les structures qui n'appartiennent pas à la projection de l'objet dans lequel se trouve le point de référence. Le filtre utilisé, linéaire ou non linéaire, est réalisé en fonction des caractéristiques géométriques de l'objet d'intérêt, porte-aiguille ou aiguille, afin de ne conserver que la structure qui correspond à la projection de l'objet dans lequel se trouve le point d'intérêt, comme le montre la figure 2c o apparaît en clair l'objet d'intérêt à fort contraste et en sombre
les tissus environnants.
Enfin, l'étape 4 permet la localisation du point d'intérêt qui correspond à la projection, dans le plan du récepteur d'images, du point de référence lorsque la projection de l'objet dans lequel se trouve le point de référence est segmentée. On obtient ainsi la valeur de
ses coordonnées dans le repère de l'image (figure 2d).
A titre d'exemple non limitatif, l'étape 3 de filtrage selon des critères morphologiques de l'objet d'intérêt se décompose selon plusieurs étapes, comme le montre la figure 4. Dans l'exemple choisi, le filtrage est effectué à partir de critères morphologiques définis ainsi: on suppose que les structures à conserver sont de largeur faible et de surface importante en comparaison de la surface des structures présentes dans la région d'intérêt à l'intérieur de laquelle l'analyse
de l'image est faite.
Le filtrage de la région d'intérêt seuillée comporte une étape 5 de fermeture morphologique de taille T1 destinée à supprimer de l'image toutes les structures de taille inférieure à T1 et qui ont le même niveau de gris, en particulier la projection de l'objet d'intérêt, c'est-à-dire la croix du support-patient ou l'aiguille elle-même dans la procédure de contrôle. La valeur de T1 est choisie à partir de la connaissance a priori de la taille des structures que l'on veut extraire, soit la croix ou l'aiguille. Le résultat apparaît sur la figure 5a montrant la zone d'intérêt dans laquelle la
croix a été éliminée.
Simultanément, une étape 6 consiste à inverser les niveaux de gris de la région d'intérêt seuillée initiale de l'image ou de l'image seuillée initiale. Les zones initialement sombres, dont la croix C, apparaissant sur
la figure 2b, sont devenues blanches sur la figure 5b.
L'étape 7 consiste ensuite à comparer les deux images ou régions d'intérêt obtenues lors des deux étapes précédentes 5 et 6 et à choisir pour chaque pixel le
niveau de gris le plus faible entre ces deux images.
Cette étape 7 est destinée à ne conserver que les structures de taille inférieure à T1, comme le montre la figure 5c sur laquelle apparaissent la croix C du support-patient ainsi que du bruit résiduel B. L'étape suivante 8 est une ouverture morphologique de taille T2 destinée à supprimer les petites structures de même niveau de gris que l'objet d'intérêt, qui est clair sur la figure 5c, et de taille inférieure à T2 qui constituent le bruit, pour ne laisser dans la zone d'intérêt que l'objet d'intérêt - la croix en l'occurrence - et les structures S de taille supérieure à T2 comme le montre la figure 5d. La valeur de T2 est choisie à partir de la connaissance a priori de la taille des structures constituant le bruit que l'on
veut extraire.
Ces différentes structures restant dans la région d'intérêt sont labellisées lors de l'étape 9, c'est-à-dire traitées individuellement, des mesures pouvant être effectuées sur chacune d'elles et une valeur numérique leur être attribuée. On peut en particulier attribuer à chaque structure un niveau de gris proportionnel à sa surface, comme cela apparaît sur
la figure 5e.
Enfin, l'étape 10 permet de sélectionner la structure de la région d'intérêt ayant la plus grande surface, celle qui correspond à la projection de l'objet d'intérêt que l'on veut segmenter. La figure 2c montre la croix du
support-patient segmentée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape 4 de localisation du point d'intérêt, lors du procédé de repérage selon l'invention, peut prendre en compte les spécificités géométriques de l'objet sur lequel se trouve le point d'intérêt. Dans l'exemple de réalisation suivant cité à titre non limitatif, on suppose que la projection de l'objet d'intérêt, soit le repère géométrique du support-patient, est une croix d'épaisseur non nulle et dont les deux bras sont parallèles, ou quasiment, aux lignes et aux colonnes respectivement de l'image. Dans ce cas, l'étape 4 comporte les étapes suivantes, comme le montre la figure 6: - une étape 11 de sommation des lignes délivrant le profil des lignes sommées, comme le montre la figure 7a; - une étape 12 de calcul de la position de la valeur maximale Gmax des niveaux de gris suivant l'axe x de l'image, délivrant l'abscisse xI du point d'intérêt dans le repère de l'image; - une étape 13 de sommation des colonnes délivrant le profil des colonnes sommées (figure 7b); - une étape 14 de calcul de la position du maximum gmax des niveaux de gris, donnant l'ordonnée YI du point
d'intérêt dans le repère de l'image.
Le procédé de repérage automatique, objet de l'invention, utilisé lors d'examens stéréotaxiques en mammographie, présente par rapport aux examens actuels, l'avantage de réduire le nombre d'opérations demandées au radiologue donc le nombre d'erreurs possibles, de diminuer la durée de la mammographie et d'augmenter le confort de la patiente. Il permet également d'augmenter la précision de l'acte médical ou chirurgical qui l'accompagne, et de vérifier si l'aiguille de biopsie a
bien atteint sa position de consigne.
Claims (6)
1. Procédé de repérage automatique d'un point d'intérêt d'un objet à fort contraste par rapport aux tissus environnants par un dispositif de prises de vues stéréotaxiques comportant un système numérique d'acquisition des images associé à des algorithmes de traitement de ces images, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes, pour chaque image du couple d'images stéréotaxiques: 1) analyse de l'histogramme des pixels de l'image et détermination d'un seuil correspondant à la différence entre les objets à fort contraste et les tissus environnants; 2) seuillage de l'image pour obtenir une image binaire à deux niveaux de gris; 3) filtrage de l'image seuillée à l'étape précédente selon des critères morphologiques de l'objet o se trouve le point d'intérêt, destiné à obtenir la projection segmentée de l'objet d'intérêt; 4) localisation du point d'intérêt dans le repère de
l'image.
2. Procédé de repérage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape initiale de limitation de l'image à une région d'intérêt définie autour de la projection de l'objet o se trouve le point d'intérêt sur chacune des deux images du couple d'images stéréotaxiques, à partir de la géométrie du système d'acquisition et des cotes des éléments constituants le
dispositif de prises de vues stéréotaxiques.
3. Procédé de repérage selon la revendication 1 ou 2, la projection de l'objet d'intérêt étant de largeur faible et de surface importante par rapport à la surface des structures présentes dans l'image seuillée, caractérisé en ce que l'étape de filtrage de l'image seuillée comporte les étapes suivantes: ) fermeture morphologique de taille T1 supprimant toutes les structures de l'image seuillée de même niveau de gris que l'objet d'intérêt et de taille inférieure à T1, dont la projection de l'objet d'intérêt; 6) inversion des niveaux de gris de l'image seuillée initiale; 7) comparaison des deux images obtenues respectivement lors des deux étapes précédentes et choix pour chaque pixel du niveau de gris le plus faible entre ces deux images; 8) ouverture morphologique de taille T2 supprimant les structures de l'image de même niveau de gris que l'objet d'intérêt et de taille inférieure à T2; 9) labellisation des différentes structures restant dans l'image, attribuant à chaque structure un niveau de gris proportionnel à sa surface; ) sélection de la structure de plus grande surface, réalisant la segmentation de la projection de
l'objet contenant le point d'intérêt.
4. Procédé de repérage selon l'une des revendications
1 ou 2, la projection de l'objet qui contient le point d'intérêt étant une croix d'épaisseur non nulle et dont les deux bras sont parallèles respectivement aux lignes et aux colonnes de l'image, caractérisé en ce que l'étape 5) de localisation du point d'intérêt comporte les étapes suivantes: 11) sommation des lignes délivrant le profil des lignes sommées; 12) calcul de la position de la valeur maximale des niveaux de gris suivant l'axe x de l'image, donnant l'abscisse du point d'intérêt dans le repère de l'image; 13) sommation des colonnes délivrant le profil des colonnes sommées; 14) calcul de la position de la valeur maximale des niveaux de gris suivant l'axe y de l'image, donnant l'ordonnée du point d'intérêt dans le repère de l'image.
5. Procédé de repérage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur du seuil déterminé lors de l'étape 1) d'analyse de l'histogramme de l'image correspond à la position de la vallée (G) de l'histogramme qui sépare le pic (Pl) caractéristique de l'objet d'intérêt à fort contraste et le pic (P2)
caractéristique des tissus environnants.
6. Procédé de repérage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur du seuil déterminée lors de l'étape 1) est la position du maximum de la dynamique des minima calculée sur une plage donnée de niveaux de gris.
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