Reconstruction 3D par tomosynthèse généralisée (application à l'imagerie médicale par rayons)

Ce travail concerne la reconstruction en tomosynthèse numérique médicale. Cette technique permet, à partir d'un faible nombre de projections (typiquement une vingtaine) acquises sur un détecteur numérique plan, d'obtenir des informations tridimensionnelles sur la structure de l'objet étudié. L'avantage majeur de cette technique est la possibilité d'obtenir ces informations à partir d'une table de radiologie standard équipée d'un capteur numérique et de fonctions de translation/rotation, pour une dose de rayonnement équivalente à celle d'une radiographie classique. Par ailleurs, on accède en tomosynthèse à différents plans de profondeur parallèles au détecteur (des plans frontaux), ce qui diffère de la tomographie classique à partir de peu de points de vue où l'on cherche plutôt à reconstruire un plan transverse. Un problème important en tomosynthèse est le manque important de données, et plus particulièrement l'angle limité de prises de vues qui restreint considérablement la résolution spatiale verticale dans les reconstructions. D'un point de vue mathématique, ce problème de reconstruction est un problème inverse mal posé au sens où le débattement angulaire est limité, le nombre de projections réduit, ces projections étant potentiellement bruitées. Pour inverser ce problème, nous avons opté pour les méthodes algébriques et plus particulièrement les algorithmes ART (Algebraic Reconstruction Technique). Ce type de méthode permet d'améliorer la résolution par rapport à l'approche classique de reconstruction en tomosynthèse (une simple rétroprojection) mais ne traite pas le problème du bruit. Afin de stabiliser l'inversion du problème, nous adoptons un algorithme de minimisation semi-quadratique existant, dans le contexte de la tomosynthèse. Afin de limiter les temps de calcul propres à la reconstruction algébrique, nous avons développé un schéma de reconstruction et de régularisation original permettant de décomposer le volume d'intérêt en une série de plans indépendants dans le cas particulier de la tomosynthèse linéaire. Nous proposons par ailleurs des traitements visant à réduire les artefacts de troncature des projections liés à l'angle de projection où les artefacts métalliques dus à la présence éventuelle de prothèses chirurgicales dans le corps humain. Afin de tester et valider nos approches, nous avons également développé un banc de test nous procurant une certaine souplesse dans la géométrie d'acquisition. Nous montrons qu'il est possible de reconstruire des coupes grand champ pour l'imagerie thoracique avec une résolution verticale de l'ordre du centimètre et une résolution dans le plan égale à celle du détecteur (100 micronmètres au maximum). Pour d'autres applications osseuses telles que la radiographie de la cheville ou le vissage pédiculaire, les résultats sont très satisfaisants en terme de qualité image et d'artefacts de reconstruction.This work deals with reconstruction in digital medical tomosynthesis. This technique allows, starting from a low number of projections (typically twenty) acquired on a digital detector, to obtain three-dimensional information on the structure of the studied object. The main advantage of this technique is the ability to obtain such information using a standard radiological remote table with a digital detector. The X-Ray tube and detector are moving along a specific path defining the acquisition geometry. Furthermore, the total exam dose is equivalent to a single radiograph dose. The main drawback of this acquisition technique is the significant lack of data, and more particularly the limited angle of view which significantly restricts the vertical spatial resolution. From the mathematical point of view, the problem of reconstruction is a severely ill-posed inverse problem : angular range is limited, and only a few possibly noisy number of projections is available. We inverse this problem using the algebraic methods and more particularly the algorithms ART (Algebraic Reconstruction Technique). This type of method makes it possible to improve the resolution but does not deals with the noise problem. In order to improve the quality of the reconstructed object, we adapted the half-quadratic minimization algorithm in this tomosynthesis context. In order to limit the computation time, we developed a dedicated reconstruction and regularization scheme that allows to decompose the volume of interest into a series of independent reconstructed planes. Other processing are necessary to reconstruct high quality tomosynthetic slices. We propose a method to reduce truncation artifacts related to high projection angles and a metal artifacts reduction algorithm due to the possible presence of surgical prostheses within the body. In order to test and validate our approach, we built a radiological remote table with a certain flexibility in the acquisition geometry. Finally we show that it is possible to reconstruct large size images for thoracic imaging with a vertical resolution of about 1cm and a spatial resolution in the detector plane equal to the detector resolution (about 100 m). For other bone-related applications such as the radiography of ankle or pedicular screwing, the results are very satisfactory in terms of image quality and artifacts suppression.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF