Reconstruction 3D de micro-outils curvilignes en neuroradiologie interventionnelle

The clinical practice for intra-cranial endovascular treatments using a biplane image guiding system makes for two situations where a significantly faster and less irradiating alternative to tomography is possible : the 3D follow-up of a guidewire moving within cerebral vascular twists, and the position and configuration assessment of a coil unfurled inside an aneurysm. Those two curvilinear devices we aim to reconstruct in 3D may be elongated in 3D (guidewire) or spiraled into a ball shape (coil).We propose a segmentation-based stereoscopic reconstruction method to reconstruct a guidewire from two orthogonal views.The task of segmenting a guidewire from fluoroscopic images was boiled down to the succession of a denoising step, a simple thresholding followed by skeletonization. We propose a single original filter designed from standard diffusion filters. It is optimized for denoising a guidewire modeled as a 2D curvilinear structure appearing not very contrasted against a uniform and noisy background.The reconstruction phase relies on 3D hypothesis generation. They are expressed as 3D curve fragments obtained from the stereoscopic matching of easily parameterized 2D curve fragments using the input skeleton. Since some hypothesis may have risen from geometrical configurations with no physical reality, a search performed in a graph modeling hypothesis (nodes) and constraints (edges) allows for the identification of a subset of hypothesis that, once linked together, describes the support for a smooth 3D curve corresponding to the guidewire reconstruction.However a curvilinear structure as complex as a coil cannot be precisely reconstructed using stereoscopy.We propose a tomographic reconstruction method necessitating 6 views uniformly dispatched over 180$^{\circ}$. Because of it's curvilinear nature, we can make use of the coil's sparsity to constrain the reconstruction problem. The resulting reconstruction algorithm is iterative and alternates between soft-thresholding and 3D directional filtering (by extention of the diffusion filter previously developped in 2D) which allows for a significant reduction of angular subsampling artifacts. Those two reconstruction methods were validated on clinical data in collaboration with experienced neuroradiologists.L'analyse de la pratique thérapeutique des traitements endovasculaires intra-crâniens guidés par système d'imagerie biplan nous a permis d'identifier, deux situations pour lesquelles une alternative à la tomographie qui soit significativement plus rapide et moins irradiante est possible : le suivi 3D de la progression d'un guide dans les circonvolutions vasculaires, et l'évaluation de la position et de la configuration 3D d'un coil dans un anévrisme.Ces outils de forme curviligne que nous cherchons à reconstruire peuvent être bien discernables dans l’espace 3D (guide) ou bien plus resserrées (coils) en forme de pelote. Nous proposons une méthode de reconstruction stéréoscopique basée segmentation pour reconstruire le guide à partir des deux projections orthogonales fournies par le système biplan. Le problème de segmentation du guide dans les images fluoroscopique est reformulé comme la succession d'une étape de débruitage, d'un simple seuillage et d'une squelettisation. Nous proposons un unique filtre original conçu à partir de filtres de diffusion standards, optimisé pour le débruitage d'un micro-guide modélisé comme une structure curviligne 2D apparaissant peu contrastée sur un fond uniforme bruité. La phase de reconstruction repose sur la génération d’hypothèses 3D exprimées sous la forme de fragments de courbes 3D obtenus par la mise en correspondance de fragments 2D facilement paramétrables à partir du squelette fourni. Certaines hypothèses pouvant correspondre à des réalisations géométriques sans réalité physique, une recherche dans un graphe modélisant hypothèses (noeuds) et contraintes (arêtes) nous permet d'identifier le sous-ensemble d'hypothèses qui, mises bout-à-bout, décrivent le support d'une courbe 3D lisse correspondant effectivement à la reconstruction guide. Une structure curviligne aussi complexe qu'un coil ne peut cependant pas être reconstruite précisément par stéréoscopie. Nous proposons donc une méthode de reconstruction tomographique nécessitant 6 vues réparties uniformément sur 180$^{\circ}$. Nous tirons parti de la parcimonie du coil liée à sa nature curviligne 3D pour contraindre le problème de reconstruction. Il en résulte un algorithme itératif alternant seuillage doux et filtrage directionnel 3D (par extension du filtre de diffusion précédemment développé en 2D) permettant de réduire efficacement les artéfacts liés au sous-échantillonnage angulaire des vues. Ces deux méthodes de reconstructions ont été validées entre autre sur données cliniques en collaboration proche avec des neuroradiologues expérimentés