FR3023155A1 - Systeme et procede d'imagerie tridimensionnelle en profondeur - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un système et un procédé d'imagerie visant à construire une représentation tridimensionnelle en profondeur d'un sujet, trouvant notamment une application dans le domaine de l'imagerie médicale, en particulier dans le domaine de la radiographie de sujets en mouvement. Le système comprend des premiers moyens d'imagerie 18 comportant au moins un dispositif fixe d'imagerie de surface 3 permettant l'acquisition d'une séquence d'images bidimensionnelles de surface 4 d'un sujet 2, et une unité informatique de traitement comprenant un premier module de reconstruction 5 pour construire une séquence de représentations tridimensionnelles de surface 6 d'un sujet 2 à partir d'une série d'images bidimensionnelles de surface simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface 6 acquise par les premiers moyens d'imagerie. Des deuxièmes moyens d'imagerie 19 comportent au moins un dispositif fixe d'imagerie en profondeur 7 permettant l'acquisition d'une séquence de plusieurs images bidimensionnelles en profondeur 8 d'un sujet. L'unité informatique de traitement comprend un deuxième module de reconstruction 9 pour construire une représentation tridimensionnelle en profondeur 1 du sujet à partir d'une séquence de représentations tridimensionnelles de surface du sujet construite par le premier module de reconstruction et d'une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet acquises par le dispositif fixe d'imagerie en profondeur.

Description

Système et procédé d'imagerie tridimensionnelle en profondeur La présente invention concerne un système et un procédé d'imagerie visant à construire une représentation tridimensionnelle en profondeur d'un sujet, tel que tout ou partie d'un objet ou d'un corps. Elle trouve notamment une application dans le domaine de l'imagerie médicale, en particulier dans le domaine de la radiographie de sujets en mouvement. Elle peut par exemple être appliquée dans le cas d'une analyse de mouvement dans un contexte de réhabilitation post-opératoire, et plus généralement pour l'analyse de la dynamique interne des articulations d'un patient.
La capture du mouvement animal ou humain, qui permet une analyse fonctionnelle de ce mouvement, est devenue ces dernières années un sujet de plus en plus important au fil des améliorations des systèmes d'acquisition. Il existe un certain nombre de solutions de capture et d'analyse du mouvement en trois dimensions, basées sur l'utilisation de repères visuels portés par le sujet dont on 15 souhaite capturer le mouvement. Ces solutions permettent uniquement de reconstruire une information tridimensionnelle de surface. Inversement, les techniques d'imagerie radiographique permettent la capture d'images de la structure interne d'un sujet en mouvement, mais qui restent des images bidimensionnelles. 20 Dans le domaine de l'imagerie radiographique, on connaît différentes techniques de tomographie permettant, en déplaçant une caméra à rayons X, d'obtenir un certain nombre d'images bidimensionnelles en profondeur d'un sujet, à partir desquelles on peut reconstruire une image tridimensionnelle en profondeur statique. Ces techniques présentent toutes l'inconvénient de nécessiter le déplacement du capteur à rayons X, 25 l'acquisition d'un nombre relativement important d'images, et sont mal adaptées à l'acquisition d'images d'un sujet en mouvement. On connaît par exemple les dispositifs de type scanners tomographiques par ordinateur, très coûteux, qui impliquent une forte dose de radiation et qui requièrent une immobilité totale du sujet dans un environnement confiné. 30 On connaît également les dispositifs tomographiques à faisceau conique modifié autorisant un mouvement pré-étalonné isocentrique du sujet, procurant plus de liberté d'utilisation et impliquant une plus faible dose qu'avec un scanner tomographique par ordinateur, mais qui requièrent néanmoins là encore l'immobilité du sujet. C'est le cas par exemple de la méthode proposée dans la publication de J. H. Siewerdsen, D. J. Moseley, 35 S. Burch, S. K. Bisland, A. Bogaards, B. C. Wilson, and D. A. Jaffray, « Volume CT with a flat-panel detector on a mobile, isocentric C-arm: pre-clinical investigation in guidance of minimally invasive surgery », Medical physics, 32(1):241-254, 2005. On connaît également, de la publication de E. Y. Sidky, C.-M. Kao, and X. Pan, « Accurate image reconstruction from few-views and limited-angle data in divergent-beam et », Journal of X-ray Science and Technology, 14(2):119-139, 2006, une méthode de reconstruction à partir d'un dispositif calibré d'imagerie par rayons X, basée sur l'hypothèse d'un nombre limité d'angles de vue et/ou de prises de vue. Enfin, on connaît des dispositifs à faisceaux bi-planaires permettant de capturer le mouvement de deux points de vue différents. Le nombre de vues étant ainsi très limité, ces dispositifs nécessitent généralement des modèles a priori et/ou une intervention manuelle, et sont limités à la reconstruction tridimensionnelle de quelques points caractéristiques par simple triangulation. Aucun des systèmes ou procédés d'imagerie radiographique connus ne permet de générer la reconstruction tridimensionnelle et en profondeur d'un sujet en mouvement, 15 tout en limitant la dose de radioactivité subie par le sujet. Un des buts de l'invention est donc notamment de résoudre les problèmes précités. Ainsi, l'invention a notamment pour objectif de proposer un système et un procédé permettant la reconstruction d'images tridimensionnelles d'un sujet en mouvement, qui soit peu coûteux, et qui limite la dose de radioactivité subie par le sujet 20 lorsque la technique d'imagerie radiographique est utilisée. Ainsi, l'invention a pour objet, selon un premier aspect, un système d'imagerie destiné à construire une représentation tridimensionnelle en profondeur d'un sujet, tel que tout ou partie d'un objet ou d'un corps, comprenant des premiers moyens d'imagerie comportant au moins un dispositif fixe d'imagerie de surface apte à permettre l'acquisition 25 d'une séquence de plusieurs images bidimensionnelles de surface d'un sujet, et une unité informatique de traitement comprenant un premier module de reconstruction apte à construire une séquence de représentations tridimensionnelles de surface d'un sujet à partir d'une série d'images bidimensionnelles de surface simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface acquise par les premiers moyens 30 d'imagerie. Le dispositif comprend également des deuxièmes moyens d'imagerie comportant au moins un dispositif fixe d'imagerie en profondeur apte à permettre l'acquisition d'une séquence de plusieurs images bidimensionnelles en profondeur d'un sujet. L'unité informatique de traitement comprend un deuxième module de 35 reconstruction apte à construire une représentation tridimensionnelle en profondeur du sujet à partir d'une séquence de représentations tridimensionnelles de surface du sujet construite par le premier module de reconstruction et d'une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet acquises par le dispositif fixe d'imagerie en profondeur.
Suivant certains modes de réalisation, le système comprend en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le deuxième module de reconstruction comprend un sous-module de détermination de pose initiale apte à déterminer, pour chaque représentation tridimensionnelle de surface, une pose initiale définissant la position de chaque point de ladite représentation tridimensionnelle de surface par rapport à la position de ce dit point dans une représentation tridimensionnelle de surface de référence, et le deuxième module de reconstruction comprend un sous-module de traitement apte à reconstruire une représentation tridimensionnelle en profondeur du sujet à partir de la séquence de poses initiales obtenues par le sous-module de détermination de pose initiale et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet obtenue par les deuxièmes moyens d'imagerie ; - le deuxième module de reconstruction comprend un sous-module de recalage de pose apte à recaler chaque pose initiale avec une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet obtenues par les deuxièmes moyens d'imagerie, et à générer une pose recalée, et le sous-module de traitement est apte à reconstruire une représentation tridimensionnelle en profondeur du sujet à partir d'une séquence de poses recalées obtenue par le sous-module de recalage de pose et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet obtenue par les deuxièmes moyens d'imagerie ; - le premier module de reconstruction comprend un sous-module de maillage apte à créer une séquence de maillages tridimensionnels du sujet à partir d'une série d'images bidimensionnelles de surface simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface acquise par les premiers moyens d'imagerie, et le deuxième module de reconstruction est apte à construire la représentation tridimensionnelle en profondeur du sujet à partir d'une séquence de maillages tridimensionnels du sujet construite par le sous-module de maillage et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet obtenue par les deuxièmes moyens d'imagerie ; - l'unité informatique de traitement comprend un premier module de segmentation apte à créer une séquence de silhouettes bidimensionnelles de surface d'un sujet à partir 35 d'une séquence d'images bidimensionnelles de surface du sujet acquise par les premiers moyens d'imagerie, en segmentant chaque image bidimensionnelles de surface de son arrière-plan, et le premier module de reconstruction est apte à construire la séquence de représentations tridimensionnelles de surface d'un sujet à partir d'une série de silhouette bidimensionnelles de surface simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface obtenues par le premier module de segmentation ; - l'unité de traitement informatique comprend un deuxième module de segmentation apte à créer une séquence de silhouettes bidimensionnelles en profondeur d'un sujet à partir d'une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet acquise par le dispositif fixe d'imagerie en profondeur, en segmentant chaque image bidimensionnelle en profondeur de son arrière-plan, et le deuxième module de reconstruction est apte à construire la représentation tridimensionnelle en profondeur du sujet à partir de la séquence de représentations tridimensionnelles de surface du sujet construite par le premier module de reconstruction et d'une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet ; - le dispositif d'imagerie de surface est un dispositif d'imagerie couleur, d'imagerie « temps de vol » ou un capteur de surface par lumière structurée, et le dispositif d'imagerie en profondeur est un dispositif d'imagerie par rayons X ou par ultrasons ; L'invention a également pour objet, selon un deuxième aspect, un procédé d'imagerie destiné à construire une représentation tridimensionnelle en profondeur d'un sujet, tel que tout ou partie d'un objet ou d'un corps, comprenant une première étape d'acquisition d'au moins une séquence de plusieurs images bidimensionnelles de surface du sujet par des premiers moyens d'imagerie comportant au moins un dispositif fixe d'imagerie de surface, une première étape de reconstruction, par un premier module de reconstruction d'une unité de traitement informatique, d'au moins une séquence de représentations tridimensionnelles de surface du sujet à partir d'une série d'images bidimensionnelles de surface simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface acquise par la première étape d'acquisition. Le procédé comprend également une deuxième étape d'acquisition d'au moins une séquence de plusieurs images bidimensionnelles en profondeur du sujet, par des deuxièmes moyens d'imagerie comportant au moins un dispositif fixe d'imagerie en profondeur, et une deuxième étape de reconstruction, par un deuxième module de reconstruction de l'unité de traitement informatique, d'une représentation tridimensionnelle en profondeur du sujet à partir de la séquence de représentations tridimensionnelles de surface du sujet construite à la première étape de reconstruction et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet acquise par la deuxième étape d'acquisition. Suivant certains modes de mise en oeuvre, le procédé comprend en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la deuxième étape de reconstruction comprend d'une part une étape de détermination de pose initiale, par un sous-module de détermination de pose initiale du deuxième module de reconstruction, permettant de déterminer, pour chaque représentation tridimensionnelle de surface, une pose initiale définissant la position de chaque point de ladite représentation tridimensionnelle de surface par rapport à la position de ce dit point dans une représentation tridimensionnelle de surface de référence, et d'autre part une étape de traitement, par un sous-module de traitement du deuxième module de reconstruction, pour reconstruire la représentation tridimensionnelle en profondeur du sujet à partir de la séquence de poses initiales déterminée par l'étape de détermination de pose initiale et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet acquise par la deuxième étape d'acquisition ; - la représentation tridimensionnelle de surface de référence est obtenue à partir d'un modèle externe, ou d'une combinaison de tout ou partie des représentations tridimensionnelles de surface de la séquence de représentations tridimensionnelle de surface. - la deuxième étape de reconstruction comprend une étape de recalage de pose, par un sous-module de recalage du deuxième module de reconstruction, pour recaler chaque pose initiale avec la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet obtenue par la deuxième étape d'acquisition, et générer une pose recalée, et l'étape de traitement reconstruit la représentation tridimensionnelle en profondeur du sujet à partir de la séquence de poses recalée par l'étape de recalage de pose et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet acquise par la deuxième étape d'acquisition ; - la première étape de reconstruction comprend une étape de maillage, par un sous-module de maillage du premier module de reconstruction, pour créer un maillage tridimensionnel du sujet à partir d'une série d'images bidimensionnelles de surface simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface acquise par la première étape d'acquisition, et la deuxième étape de reconstruction reconstruit la représentation tridimensionnelle en profondeur du sujet à partir de la séquence de maillage tridimensionnel du sujet construite à l'étape de maillage et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet acquise par la deuxième étape d'acquisition ; - la première étape d'acquisition comprend une première étape de segmentation, par un premier module de segmentation, pour créer une séquence de silhouettes bidimensionnelle de surface du sujet à partir de chaque séquence d'images 5 bidimensionnelles de surface du sujet préalablement acquise, en segmentant lesdites images bidimensionnelles de surface de leurs arrière-plans, et la première étape de reconstruction reconstruit la séquence de représentations tridimensionnelles de surface du sujet à partir d'une série de silhouettes bidimensionnelles de surface simultanées prises dans chaque séquence de silhouettes bidimensionnelles de surface obtenue par la 10 première étape de segmentation ; - la deuxième étape d'acquisition comprend une deuxième étape de segmentation, par un deuxième module de segmentation, pour créer une séquence de silhouettes bidimensionnelles en profondeur du sujet à partir de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur du sujet acquise par la deuxième étape d'acquisition, en 15 segmentant lesdites images bidimensionnelles en profondeur de leurs arrière-plans, et la deuxième étape de reconstruction construit la représentation tridimensionnelle en profondeur du sujet à partir de la séquence de représentations tridimensionnelles de surface du sujet construite à la première étape de reconstruction, de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur obtenues par les deuxièmes moyens 20 d'imagerie, et de la séquence de silhouettes bidimensionnelles en profondeur du sujet obtenue par la deuxième étape de segmentation ; - préalablement aux première et deuxième étapes d'acquisition, les dispositifs fixes d'imagerie de surface et d'imagerie en profondeur sont calibrés dans un système de coordonnées commun ; 25 - la première étape d'acquisition est une étape d'acquisition par dispositifs d'imagerie couleur, d'imagerie « temps de vol » ou de type capteurs de surface par lumière structurée, et la deuxième étape d'acquisition est une étape d'acquisition par dispositifs à rayons X ou ultrasons. Ainsi, la capture simultanée du mouvement de la structure interne du sujet, tel que 30 le squelette ou une partie du squelette d'une personne ou d'un animal, et de la surface externe de ce sujet, ouvre des possibilités d'analyse de mouvement importantes, telle que l'analyse de mouvement dans le cas d'une réhabilitation post-opératoire, et plus généralement l'analyse de la dynamique interne des articulations d'un patient. La combinaison d'au moins un dispositif d'imagerie bidimensionnelle de surface et 35 d'au moins un dispositif d'imagerie bidimensionnelle en profondeur, tel qu'un dispositif d'imagerie par rayons X ou par ultrasons, permet l'acquisition du mouvement, rigide ou non, d'un sujet sans utilisation de marqueurs. L'ensemble des dispositifs d'acquisition reste statique, ce qui élimine la nécessité d'utiliser des systèmes mobiles complexes qui doivent être contrôlés de façon 5 extrêmement fine, et qui sont coûteux. Par ailleurs, le nombre d'images bidimensionnelles en profondeur nécessaire à la reconstruction est limité, ce qui réduit fortement la dose de radioactivité subie par le sujet lorsque la technique d'imagerie radiographique est utilisée. Le système et le procédé de l'invention n'utilisent pas de modèles, tels qu'un 10 modèle anatomique du sujet, éliminant ainsi les problématiques de détermination du modèle et de son ajustement. Aussi, le système et le procédé de l'invention permettent la reconstruction de l'image tridimensionnelle en profondeur d'un sujet de forme inconnue. Selon le système et le procédé de l'invention, le mouvement éventuel du sujet 15 n'est pas considéré comme du bruit, mais est au contraire utilisé pour la reconstruction. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et non limitative, en référence aux figures annexées suivantes : - figure 1 : représentation schématique d'un exemple de système et de procédé 20 selon l'invention ; - figure 2 : représentation schématique d'un mode de réalisation et de mise en oeuvre d'une partie du système et du procédé de la figure 1 relative à l'acquisition de surface ; - figure 3 : représentation schématique d'un mode de réalisation et de mise en 25 oeuvre de la partie du système et du procédé de la figure 1 relative à l'acquisition en profondeur. L'exemple décrit en référence aux figures 1 à 3 est basé sur l'utilisation d'une source d'image par rayons X pour l'acquisition d'informations sur la structure interne du sujet, combinée avec un ensemble de caméras couleurs utilisées pour construire la 30 représentation tridimensionnelle de surface du sujet, le tout suivi sur une période de temps donnée. Le système comprend ainsi des premiers moyens d'imagerie 18. Ces moyens d'imagerie 18 comprennent eux-mêmes au moins un dispositif fixe d'imagerie de surface 3, tel qu'une caméra couleur 3, une caméra « temps de vol », ou un capteur de surface 35 par lumière structurée. Dans l'exemple représenté à la figure 1, les moyens d'imagerie 18 comprennent trois dispositifs d'imagerie fixes de surface 3. Chaque caméra 3 permet d'acquérir une séquence d'images bidimensionnelles de surface 4 du sujet 2, en l'occurrence la main 2 d'une personne, disposée dans le volume d'acquisition, c'est-à-dire le volume observable par les caméras 3.
Une unité informatique de traitement, non représentée sur les figures, permet, au moyen d'un premier module de reconstruction 5, de construire une série de représentations tridimensionnelles de surface 6 du sujet 2, à partir de séries d'images bidimensionnelles de surface 4 simultanées, prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface 4 acquise par les caméras 3.
Par ailleurs, le système comprend également des deuxièmes moyens d'imagerie 19. Ces moyens d'imagerie 19 comprennent au moins un dispositif fixe d'imagerie en profondeur 7, par exemple de type dispositif d'imagerie par rayons X ou par ultrasons. Le dispositif fixe d'imagerie en profondeur 7 permet d'acquérir une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur 8 du sujet 2.
L'unité informatique de traitement permet par ailleurs, au moyen d'un deuxième module de reconstruction 9, de construire une représentation tridimensionnelle en profondeur 1, à partir d'une part d'une séquence de poses initiales 17, dans laquelle chaque pose initiale 17 est dérivée d'une représentation tridimensionnelle de surface 6, et d'autre part d'une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur 8 acquises par le dispositif fixe d'imagerie en profondeur 7. La notion de pose initiale 17 sera expliquée plus en détail en référence à la figure 2, un peu plus loin. Les caméras 3 et le dispositif fixe d'imagerie en profondeur 7 doivent de préférence être calibrés, dans un système de coordonnées commun, préalablement à 25 l'acquisition des images 4, 8. Dans un mode de réalisation et de mise en oeuvre, dont quelques détails sont représentés à la figure 2, la représentation tridimensionnelle de surface 6 prend la forme d'un maillage tridimensionnel 6, créé par un sous-module de maillage 5a du premier module de reconstruction 5, à partir des séries d'images bidimensionnelles de surface 4 30 simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface 4. De préférence, préalablement à la mise en oeuvre du sous-module de maillage 5b pour l'obtention du maillage tridimensionnel 6, les images bidimensionnelles de surface 4 sont segmentées, au moyen d'un premier module de segmentation 10 de l'unité informatique de traitement, en sorte de créer des séquences de silhouettes 35 bidimensionnelles de surface 11 qui correspondent aux images bidimensionnelles de surface 4 segmentées de leur arrière-plan. Dans un mode de réalisation particulier, chaque image bidimensionnelle de surface 4 est segmentée séparément des autres. Dans ce cas, soit le premier module de segmentation 10 est mis en oeuvre successivement pour segmenter chaque image bidimensionnelle de surface 4, soit plusieurs modules de segmentation 10 sont mis en oeuvre en parallèle pour segmenter plusieurs images bidimensionnelles de surface 4 simultanément. Dans un autre mode de réalisation particulier, un unique module de segmentation 10 segmente parallèlement tout ou partie des images bidimensionnelles de surface 4, par 10 exemple en utilisant certaines parties de certaines des images pour la segmentation d'autres images. D'une façon plus générale, il est possible d'utiliser une combinaison des modes de réalisation mentionnés ci-dessus pour la segmentation, à savoir une combinaison de segmentations individuelles et successives pour certaines des images bidimensionnelles 15 de surface 4, de segmentation individuelles et parallèles d'autres images bidimensionnelles de surface 4, et de segmentation combinée et parallèle d'autres encore images bidimensionnelles de surface 4. Les maillages tridimensionnels 6 peuvent être obtenus par un algorithme de type enveloppes visuelles polyédrales. 20 Les maillages tridimensionnels 6 ainsi obtenus sont ensuite comparés à un maillage de référence 21, ou représentation tridimensionnelle de surface de référence 21, par un sous-module de détermination de pose initiale 9a du deuxième module de reconstruction 9. Ce maillage de référence 21 peut être par exemple le maillage 6 correspondant à 25 la première série d'images bidimensionnelles de surface 4 simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface 4, donc au premier maillage 6 de la séquence de maillages 6. Il peut aussi s'agir du maillage 6 correspondant à l'une quelconque des série d'images bidimensionnelles de surface 4 simultanées prises dans la séquence d'images 30 bidimensionnelles de surface 4, donc à l'un quelconque des maillages 6 de la séquence de maillages 6. Plus généralement, ce maillage de référence 21 peut être une combinaison, telle que la moyenne, de tout ou partie des maillages 6 de la séquence de maillages 6. Alternativement, ce maillage de référence 21 peut aussi provenir d'un modèle 35 extérieur au système.
Plus précisément, le sous-module de détermination de pose initiale 9a utilise un algorithme robuste de type « iterative closest point » ou ICP, avec détection des aberrations. Ceci permet de déterminer comment les points de chaque maillage tridimensionnel 5 6 se positionnent, en translation et en rotation, par rapport à leur position, en translation et rotation, dans le maillage de référence 21. On obtient ainsi, en sortie du sous-module de détermination de pose initiale 9a, une séquence de poses initiales 17. Comme on peut le voir sur la figure 3, ensuite, un sous-module de traitement 9c du 10 module de reconstruction 9 permet de reconstruire la représentation tridimensionnelle en profondeur 1 du sujet 2 à partir de la séquence de poses initiales 17 obtenues par le sous-module de détermination de pose initiale 9a et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur 8, 13 du sujet 2 obtenue par les deuxièmes moyens d'imagerie 19. 15 Dans un mode de réalisation et de mise en oeuvre, dont quelques détails sont représentés à la figure 3, préalablement à la reconstruction par le sous-module de traitement 9c, de la représentation tridimensionnelle en profondeur 1, on effectue un recalage, par un module de recalage de pose 9b du module de reconstruction 9, des images bidimensionnelles en profondeur 8 et de la représentation tridimensionnelle de 20 surface 6. Ce recalage génère une séquence de poses recalées 15, et le sous-module de traitement 9c reconstruit alors la représentation tridimensionnelle en profondeur 1 du sujet 2 à partir de la séquence de poses recalées 15 ainsi obtenues, et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur 8, 13 du sujet 2 obtenue par les deuxièmes 25 moyens d'imagerie 19. Ce recalage permet d'améliorer la représentation tridimensionnelle de surface 6, dans la mesure où les maillages tridimensionnels 6 comprennent des artefacts dus à la méthode et au nombre limité de caméras 3 utilisées, qui génèrent du bruit lors de la création de cette représentation tridimensionnelle de surface 6. 30 Dans ce but, on met en oeuvre le recalage de préférence non pas sur les images bidimensionnelles en profondeur 8 mais sur des images segmentées 13 de ces images bidimensionnelles en profondeur 8. Ainsi, préalablement à la mise en oeuvre d'un sous-module de recalage 12b, les images bidimensionnelles en profondeur 8 sont segmentées, au moyen d'un deuxième 35 module de segmentation 12, en sorte de créer des séquences de silhouettes bidimensionnelles en profondeur 13 qui correspondent aux images bidimensionnelles en profondeur 8 segmentées de leur lumière d'arrière-plan. Dans le cas où l'on utilise plusieurs dispositifs fixes d'imagerie en profondeur 7, les considérations sur la mise en oeuvre du premier module de segmentation 10 présentée 5 plus haut en référence à la figure 1, s'appliquent également à la mise en oeuvre de ce deuxième module de segmentation 12. Le recalage est basé sur l'hypothèse selon laquelle si une représentation tridimensionnelle était parfaite, la reprojection de son volume dans le plan de l'image bidimensionnelle en profondeur correspondrait exactement à la silhouette 10 bidimensionnelle en profondeur. Une fonction de coût pénalisant les différences entre les silhouettes bidimensionnelles en profondeur 13 et le modèle reprojeté est utilisée, avec une méthode de descente de gradient, pour affiner de façon itérative la représentation tridimensionnelle. 15 Cette étape de recalage permet aussi de compenser un léger désalignement spatial et temporel entre la reconstruction tridimensionnelle de surface 6 et les silhouettes en profondeur 13. Pour obtenir la représentation tridimensionnelle en profondeur 1, par le module de reconstruction 9, en particulier par le sous-module de reconstruction ou traitement 9c, on 20 peut utiliser la méthode décrite par S. Kaczmarz dans « Angenâherte aufleisung von systemen linearer gleichungen », Bulletin International de l'Académie Polonaise des Sciences et des Lettres, Classe des Sciences Mathématiques et Naturelles, Série A, Sciences Mathématiques, pages 355-357, 1937 (aussi appelée la Technique de Reconstruction Algébrique ou ART). 25 Cette méthode est donc utilisée pour reconstruire de façon itérative la représentation tridimensionnelle en profondeur 1. Il est ainsi nécessaire que l'acquisition de la ou des séquences d'images bidimensionnelles de surface 4 par les premiers moyens d'imagerie 18 et l'acquisition de la ou des séquences d'images bidimensionnelles en profondeur 8 par les deuxièmes 30 moyens d'imagerie 19, soient simultanées. Dans la mesure où la quantité et la nature des données observées peuvent rendre le problème localement mal posé, on peut constater un bruit de haute fréquence dans le résultat. Aussi, sur la base de l'hypothèse selon laquelle les organismes vivants peuvent être modélisés par un ensemble relativement homogène de tissus, une adaptation 35 tridimensionnelle de la méthode de Rudin et al. « Nonlinear total variation based noise removal algorithms » décrite dans Physica D:Nonlinear Phenomena, 60(1):259-268, 1992, est appliquée sur la représentation tridimensionnelle entre chaque itération. La présente description est donnée à titre d'exemple non limitatif de l'invention. Ainsi, le nombre de caméras 3 et de dispositifs d'imagerie en profondeur 7, n'est pas limitatif de l'invention. En effet un seul dispositif d'imagerie en profondeur 7 suffit pour la mise en oeuvre de l'invention. Egalement, un seul dispositif d'imagerie de surface 3 suffit, même si dans ce cas la génération d'une représentation tridimensionnelle de surface est plus compliquée. Dans ce cas, en effet, le dispositif d'imagerie de surface 3 acquière une séquence d'images 4, et l'on construit chaque représentation tridimensionnelle de surface 6 de la séquence correspondante de représentations tridimensionnelles de surface 6, à partir d'une seule image 4. Pour généraliser, on acquière, avec N caméras 3, N séquences comprenant chacune M images 4, et l'on créé une séquence correspondante de M images tridimensionnelles de surface 6, chacune à partir de N images simultanées prises dans chaque séquence de M images 4.
Dans un mode de réalisation préféré, on utilise un dispositif d'imagerie en profondeur 7 et huit dispositifs d'imagerie de surface 3, avec 32 images par séquence. Par ailleurs, la technique d'acquisition pour les images de surface 4 n'est pas nécessairement une technique d'imagerie couleur. D'autres technologies, telles qu'une caméra « temps de vol », ou un capteur de surface par lumière structurée, peuvent être 20 utilisées. De même, la technique d'acquisition pour les images en profondeur 8 n'est pas nécessairement une technique d'imagerie par rayons X. D'autres techniques, telles que l'imagerie par ultrasons, peuvent être utilisées. 25

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS1.- Système d'imagerie destiné à construire une représentation tridimensionnelle en profondeur (1) d'un sujet (2), tel que tout ou partie d'un objet ou d'un corps, comprenant des premiers moyens d'imagerie (18) comportant au moins un dispositif fixe 5 d'imagerie de surface (3) apte à permettre l'acquisition d'une séquence de plusieurs images bidimensionnelles de surface (4, 11) d'un sujet (2), et une unité informatique de traitement comprenant un premier module de reconstruction (5) apte à construire une séquence de représentations tridimensionnelles de surface (6) d'un sujet (2) à partir d'une série d'images bidimensionnelles de surface (4, 11) simultanées prises dans chaque 10 séquence d'images bidimensionnelles de surface (6) acquise par les premiers moyens d'imagerie (18), caractérisé en ce qu'il comprend également des deuxièmes moyens d'imagerie (19) comportant au moins un dispositif fixe d'imagerie en profondeur (7) apte à permettre l'acquisition d'une séquence de plusieurs images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) 15 d'un sujet (2), et en ce que l'unité informatique de traitement comprend un deuxième module de reconstruction (9) apte à construire une représentation tridimensionnelle en profondeur (1) du sujet (2) à partir d'une séquence de représentations tridimensionnelles de surface (6) du sujet (2) construite par le premier module de reconstruction (5) et d'une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) du sujet (2) acquises par le 20 dispositif fixe d'imagerie en profondeur (7).
  2. 2.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième module de reconstruction (9) comprend un sous-module de détermination de pose initiale (9a) apte à déterminer, pour chaque représentation tridimensionnelle de surface (6), une pose 25 initiale (17) définissant la position de chaque point de ladite représentation tridimensionnelle de surface (6) par rapport à la position de ce dit point dans une représentation tridimensionnelle de surface de référence (21), et en ce que le deuxième module de reconstruction (9) comprend un sous-module de traitement (9c) apte à reconstruire une représentation tridimensionnelle en profondeur (1) du sujet (2) à partir de 30 la séquence de poses initiales (17) obtenues par le sous-module de détermination de pose initiale (9a) et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) du sujet (2) obtenue par les deuxièmes moyens d'imagerie (19).
  3. 3.- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième module 35 de reconstruction (9) comprend un sous-module de recalage de pose (9b) apte à recalerchaque pose initiale (17) avec une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) du sujet (2) obtenues par les deuxièmes moyens d'imagerie (19), et à générer une pose recalée (15), et en ce que le sous-module de traitement (9c) est apte à reconstruire une représentation tridimensionnelle en profondeur (1) du sujet (2) à partir d'une séquence de poses recalées (15) obtenue par le sous-module de recalage de pose (9b) et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) du sujet (2) obtenue par les deuxièmes moyens d'imagerie (19).
  4. 4.- Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier module de reconstruction (5) comprend un sous-module de maillage (5a) apte à créer une séquence de maillages tridimensionnels (6) du sujet (2) à partir d'une série d'images bidimensionnelles de surface (4, 11) simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface (4, 11) acquise par les premiers moyens d'imagerie (18), et en ce que le deuxième module de reconstruction (9) est apte à construire la représentation tridimensionnelle en profondeur (1) du sujet (2) à partir d'une séquence de maillages tridimensionnels (6) du sujet (2) construite par le sous-module de maillage (5a) et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) du sujet (2) obtenue par les deuxièmes moyens d'imagerie (19).
  5. 5.- Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'unité informatique de traitement comprend un premier module de segmentation (10) apte à créer une séquence de silhouettes bidimensionnelles de surface (11) d'un sujet (2) à partir d'une séquence d'images bidimensionnelles de surface (4) du sujet (2) acquise par les premiers moyens d'imagerie (18), en segmentant chaque image bidimensionnelles de surface (4) de son arrière-plan, et en ce que le premier module de reconstruction (5) est apte à construire la séquence de représentations tridimensionnelles de surface (6) d'un sujet (2) à partir d'une série de silhouette bidimensionnelles de surface (4, 11) simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface (6) obtenues par le premier module de segmentation (10),
  6. 6.- Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'unité de traitement informatique comprend un deuxième module de segmentation (12) apte à créer une séquence de silhouettes bidimensionnelles en profondeur (13) d'un sujet (2) à partir d'une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8) du sujet (2) acquise par le dispositif fixe d'imagerie en profondeur (7), en segmentant chaque imagebidimensionnelle en profondeur (8) de son arrière-plan, le deuxième module de reconstruction (9) est apte à construire la représentation tridimensionnelle en profondeur (1) du sujet (2) à partir de la séquence de représentations tridimensionnelles de surface (6) du sujet (2) construite par le premier module de reconstruction (5) et d'une séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (13) du sujet (2).
  7. 7.- Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif d'imagerie de surface (3) est un dispositif d'imagerie couleur, d'imagerie « temps de vol » ou un capteur de surface par lumière structurée, et le dispositif 10 d'imagerie en profondeur (7) est un dispositif d'imagerie par rayons X ou par ultrasons.
  8. 8.- Procédé d'imagerie destiné à construire une représentation tridimensionnelle en profondeur (1) d'un sujet (2), tel que tout ou partie d'un objet ou d'un corps, comprenant une première étape d'acquisition d'au moins une séquence de plusieurs 15 images bidimensionnelles de surface (4, 11) du sujet (2) par des premiers moyens d'imagerie (18) comportant au moins un dispositif fixe d'imagerie de surface (3), une première étape de reconstruction, par un premier module de reconstruction (5) d'une unité de traitement informatique, d'au moins une séquence de représentations tridimensionnelles de surface (6) du sujet (2) à partir d'une série d'images 20 bidimensionnelles de surface (4, 11) simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface (4, 11) acquise par la première étape d'acquisition, caractérisé en ce qu'il comprend également une deuxième étape d'acquisition d'au moins une séquence de plusieurs images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) du sujet (2), par des deuxièmes moyens d'imagerie (19) comportant au moins un dispositif fixe 25 d'imagerie en profondeur (7), et une deuxième étape de reconstruction, par un deuxième module de reconstruction (9) de l'unité de traitement informatique, d'une représentation tridimensionnelle en profondeur (1) du sujet (2) à partir de la séquence de représentations tridimensionnelles de surface (6) du sujet (2) construite à la première étape de reconstruction et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) du 30 sujet (2) acquise par la deuxième étape d'acquisition.
  9. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième étape de reconstruction comprend d'une part une étape de détermination de pose initiale, par un sous-module de détermination de pose initiale (9a) du deuxième module de 35 reconstruction (9), permettant de déterminer, pour chaque représentationtridimensionnelle de surface (6), une pose initiale (17) définissant la position de chaque point de ladite représentation tridimensionnelle de surface (6) par rapport à la position de ce dit point dans une représentation tridimensionnelle de surface de référence (21), et d'autre part une étape de traitement, par un sous-module de traitement (9c) du deuxième module de reconstruction (9), pour reconstruire la représentation tridimensionnelle en profondeur (1) du sujet (2) à partir de la séquence de poses initiales (17) déterminée par l'étape de détermination de pose initiale et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) du sujet (2) acquise par la deuxième étape d'acquisition.
  10. 10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la représentation tridimensionnelle de surface de référence (21) est obtenue à partir d'un modèle externe, ou d'une combinaison de tout ou partie des représentations tridimensionnelles de surface (6) de la séquence de représentations tridimensionnelle de surface (6).
  11. 11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la deuxième étape de reconstruction comprend une étape de recalage de pose, par un sous-module de recalage (9b) du deuxième module de reconstruction (9), pour recaler chaque pose initiale (17) avec la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) du sujet (2) obtenue par la deuxième étape d'acquisition, et générer une pose recalée (15), et en ce que l'étape de traitement reconstruit la représentation tridimensionnelle en profondeur (1) du sujet (2) à partir de la séquence de poses recalée (15) par l'étape de recalage de pose et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8, 13) du sujet (2) acquise par la deuxième étape d'acquisition.
  12. 12.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la première étape de reconstruction comprend une étape de maillage, par un sous-module de maillage (5a) du premier module de reconstruction (5), pour créer un maillage tridimensionnel (6) du sujet (2) à partir d'une série d'images bidimensionnelles de surface (4, 11) simultanées prises dans chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface (4, 11) acquise par la première étape d'acquisition et en ce que la deuxième étape de reconstruction reconstruit la représentation tridimensionnelle en profondeur (1) du sujet (2) à partir de la séquence de maillage tridimensionnel (6) du sujet (2) construite à l'étape de maillage et de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8,
  13. 13) du sujet (2) acquise par la deuxième étape d'acquisition. 13.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ceque la première étape d'acquisition comprend une première étape de segmentation, par un premier module de segmentation (10), pour créer une séquence de silhouettes bidimensionnelle de surface (11) du sujet (2) à partir de chaque séquence d'images bidimensionnelles de surface (4) du sujet (2) préalablement acquise, en segmentant 5 lesdites images bidimensionnelles de surface (4) de leurs arrière-plans, et en ce que la première étape de reconstruction reconstruit la séquence de représentations tridimensionnelles de surface (6) du sujet (2) à partir d'une série de silhouettes bidimensionnelles de surface (11) simultanées prises dans chaque séquence de silhouettes bidimensionnelles de surface (11) obtenue par la première étape de 10 segmentation.
  14. 14.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que la deuxième étape d'acquisition comprend une deuxième étape de segmentation, par un deuxième module de segmentation (12), pour créer une séquence de silhouettes 15 bidimensionnelles en profondeur (13) du sujet (2) à partir de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8) du sujet (2) acquise par la deuxième étape d'acquisition, en segmentant lesdites images bidimensionnelles en profondeur (8) de leurs arrière-plans, et en ce que la deuxième étape de reconstruction construit la représentation tridimensionnelle en profondeur (1) du sujet (2) à partir de la séquence de représentations 20 tridimensionnelles de surface (6) du sujet (2) construite à la première étape de reconstruction, de la séquence d'images bidimensionnelles en profondeur (8) obtenues par les deuxièmes moyens d'imagerie (19), et de la séquence de silhouettes bidimensionnelles en profondeur (13) du sujet (2) obtenue par la deuxième étape de segmentation. 25
  15. 15.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que, préalablement aux première et deuxième étapes d'acquisition, les dispositifs fixes d'imagerie de surface (3) et d'imagerie en profondeur (7) sont calibrés dans un système de coordonnées commun. 30
  16. 16.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 15, caractérisé en ce que la première étape d'acquisition est une étape d'acquisition par dispositifs d'imagerie couleur, d'imagerie « temps de vol » ou de type capteurs de surface par lumière structurée, et la deuxième étape d'acquisition est une étape d'acquisition par dispositifs à 35 rayons X ou ultrasons.
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