Traitement des images acquises dans le cadre du projet Modatos

Rapport du Sous Projet 2 MODATOS :
Sommaire :

I. Introduction 4

II. Objectifs 5

III. Caractérisation de la micro-architecture tridimensionnelle 6

III.1. Matériel et méthodes 6

III.1.1. Echantillons osseux 6

III.1.2. Acquisition des images 6

III.2. Traitement des images 8

III.2.1. Pré-traitement 8

III.2.2. Des "carottes" cohérentes 8

III.2.3. Extraction des volumes trabéculaires exempts de débris 11

III.3. Méthodes d’extraction de paramètres de la micro-architecture osseuse 13

III.3.1. Extraction de paramètres par Mean Intercept Length (MIL) 13

III.3.2. Calcul direct de certains paramètres 15

III.4. Résultats 15

III.4.1. Paramètres morphométriques obtenus par la méthode MIL 16

III.4.2. Paramètres morphométriques obtenus par la méthode directe 18

III.4.3. Relations entre paramètres 20

IV. Simulation d’images radiographiques 23

IV.1. Simulateur SINDBAD 23

IV.2. Portage du simulateur SINDBAD 24

V. Analyse de texture des images radiographiques 25

V.1. Préparation des images 25

V.2. Méthodes d’analyse de texture 26

V.3. Résultats expérimentaux 28

V.3.1. Identification des paramètres de texture pertinents 28

V.3.2. Incidence de l’orientation de la projection 32

V.3.3. Incidence de l'orientation des images sur les paramètres de texture 34

V.3.4. Analyse de texture sur les images radiographiques réelles 36

VI. Discussion 38

VII. Conclusion 39

VIII. Annexes 41

VIII.1. Annexe 1 : Provenance des échantillons 41

VIII.2. Annexe 2 : Paramètres issus de l’analyse MIL 42

VIII.3. Annexe 3 : Paramètres issus de l’analyse directe 44

VIII.4. Annexe 4 : Corrélations entre paramètres 45

IX. Références 46

Liste des Figures

Figure 1. Schéma d’acquisition des différents scans sur une carotte osseuse. 7

Figure 2. : Exemple de projection brute acquise pendant le scan (1024 x 800). 7

Figure 3. Exemple de coupe horizontale reconstruite (1024 x 1024). 8

Figure 4 : a) Illustration du décalage horizontal entre coupes provenant de deux scans successifs, b) Image différence après compensation du décalage (échantillon mo10) 9

Figure 5. a) Coupe verticale de l’empilement des sous-volumes initiaux (échantillon mo10), b) Détail aux jonctions de deux blocs ; c) Coupe verticale après corrections. 10

Figure 6 : Visualisation 3D de l’image d’une carotte entière après correction (moca10). 11

Figure 7. Élimination des fragments d’os : coupes horizontales (mo10a, coupe Z=4), à droite : coupe brute, à gauche : coupe segmentée 12

Figure 8. Histogrammes des sous-volumes trabéculaires de la 2ème série d’images. 13

Figure 9 : coupe verticale du volume mo10 ; gauche : coupe du volume corrigé mais avec os cortical et débris (Z=511); droite : coupe correspondante d’os trabéculaire (X=318). 14

Figure 10. Visualisation 3D d’échantillons à fort BV/TV : de gauche à droite : 21,3% (mo10), 16,5% (mo18), 16,4% (moca9). 17

Figure 11. Visualisation 3D d’échantillons à faibles BV/TV : de gauche à droite : 6,2% (mo1), 6,1% (moca1), 5,1% (mo20). 17

Figure 12 : a) Volume de test à forte anisotropie (DA=14,8), b) Coupe d’os trabéculaire de DA typique (1,48) (échantillon moca3b, coupe Y=162) 18

Figure 13. Histogrammes du paramètre Tb.Th* sur le groupe des calcanéums. 19

Figure 14. Histogrammes du paramètre Tb.Th* sur le groupe des fémurs. 20

Figure 15. Tb.Th* vs BV/TV (tous os) 21

Figure 16 : Coupes horizontales (en haut) et verticales (en bas) prises dans le sous-volume b de trois échantillons ayant respectivement les paramètres de micro-architecture suivants (de gauche à droite) : BV/TV=10,3% Tb.Th*=110,6µm (moca5) , BV/TV=10,2% Tb.Th*=136,2µm (moca7), BV/TV=10,%, Tb.Th*=167,7µm (mo12) 21

Figure 17. Tb.Th* versus Tb.Th MIL (en m) sur le groupe des calcanéums. 22

Figure 18 : Tb.Th* versus Tb.Th MIL (en m) sur tous les échantillons. 22

Figure 19. Tb.Th MIL (+) et Tb.Th* () versus BS/BV (calcanéums). 23

Figure 20: Images radiographiques simulée d’un échantillon  : a) image 256x256, projection droite (orientation 0° en x, 0° en y) ; b) ROI de l’image a) après recadrage ; c), image 256x256, (orientation 0° en x, 10° en y ); d) ROI de l’image c) après recadrage. 26

Figure 21 : Régressions linéaires simples entre : a)le paramètre de texture Min Max 2-5-0 et le paramètre morphométrique Tb.Th, b) le paramètre de texture Gradient morphologique 1-6-3 SS et le paramètre morphométrique BS/BV 29

Figure 22 : Régression linéaire simple entre : a) le paramètre de texture Power Spectral Density - 0 2 15 et le paramètre morphométrique Tb.Sp, b) le paramètre Gradient morphologique 0 9 3 SS et BS/BV 30

Figure 23  : Régression multiple de l’espace trabéculaire Tb.Th (à gauche) et le nombre de travées Tb.N (à droite) avec 3 paramètres de texture 31

Figure 24 : Régressions linéaires simples pour les 25 projections de chaque échantillon effectuées entre : a) le paramètre de texture Min Max 2-5-0 et le paramètre 3D Tb.Th, b) le paramètre de texture Gradient morphologique 1-6-3-SS et BS/BV a) le paramètre de texture Power Spectral Density – 0-2-15 et le paramètre 3D Tb.Th, b) le paramètre Gradient morphologique 0-9-3 SS et BS/BV 32

Figure 25 : Cartographie de la variance en niveaux de gris des radiographies simulées en fonction de l’angle de projection. a) échantillon n°3, b) échantillon n°10. 33

Figure 26 : Cartographie de la variance en niveaux de gris des 25 projections des 25 échantillons (comprise entre 60 et 900). 33

Figure 27 : Exemple d'image projetée avant et après alignement vertical de la direction principale. 34

Figure 28 : Radiographies acquises avec le système Hamamatsu. a) échantillon n°3, b) échantillon n°10. 36

Figure 29 : Radiographies acquises avec le système Palmeto. a) échantillon n°3, b) échantillon n°10. 37

Liste des Tableaux :

Tableau 1 : Paramètres morphométriques calculés par la méthode du MIL. 16

Tableau 2 : Tb.Th* et Tb.Sp* (en m) calculés par la méthode directe 19

Tableau 3  Méthodes d'analyse de texture utilisées 28

Tableau 4 : Paramètres de texture les plus pertinents issus de l’analyse des échantillons de calcanéum de la 1ère série 29

Tableau 5 : Paramètres de texture les plus pertinents issus de l’analyse des 10 échantillons de la 2ème série de calcanéums. 30

Tableau 6 : Résultat de régression linéaire pas à pas pour prédire les paramètres morphométriques à partir des paramètres de texture. k est le nombre de paramètres utilisés dans la régression. 31

Tableau 7: Paramètres de texture les plus pertinents issus de l’analyse des 15 premiers échantillons d’os calcanéum, sur images réorientées 96x96. 35

Tableau 8 : Paramètres de texture les plus pertinents issus de l’analyse des 15 premiers échantillons d’os calcanéum, sur images réorientées 128x128. 35

Tableau 9 : Comparaison des résultats de corrélation entre les paramètres de texture les plus pertinents et les paramètres morphométriques obtenus au cours de 3 expériences : 1) sans réorientation des images, échantillons de la 1ère série, ROI de 32x32 pixels; 2) sans réorientation des images, échantillons de la 2ème série, ROI de 32x32 pixels; 3) avec réorientation des images, échantillons de la 1ème série, ROI de 96x96 pixels. 35

Tableau 10 : Paramètres de texture les plus pertinents issus de l’analyse des 15 premiers échantillons d’os calcanéum, sur images réorientées (ROI 96x96 pixels) 37

Tableau 11 : Corrélations entre les valeurs des paramètres de texture obtenus à partir des radiographies simulées et réelles (Palmeto). 38

Tableau 12 : Paramètres de texture les plus pertinents issus de l’analyse des 15 premiers échantillons d’os calcanéum, sur images réorientées (ROI de128x128 pixels). 38

Tableau 13 : Type des échantillons d’os. Provenance : Mtp = Montpellier ; le reste : CHU Nîmes. 41

Tableau 14 . Paramètres d’architecture issus de l’analyse MIL. 42

Tableau 15 :Paramètres d’orientation issus de l’analyse MIL 43

Tableau 16 :  Paramètres morphométriques obtenus par la méthode directe. 44

Tableau 17 : Corrélations entre paramètres morphométriques. 45