Etat de l’art sur la fusion des images médicales

La fusion regroupe les techniques utilisées pour associer des informations variées sur un même problème. En traitement des images, la fusion se préoccupe de combiner des images provenant de la même modalité d’imagerie ou de multiples modalités pour mieux connaître l’objet d’observation. La fusion est devenue un aspect très important dans plusieurs domaines très différents, et apparaissent comme un nouvel outil d’aide au diagnostic pour faciliter la tâche au médecin.

Imagerie médical

Définition
L’imagerie médicale est un ensemble de techniques consistant à mettre en image différentes régions ou différents organes de l’organisme. Il existe plusieurs types d’imageries médicales qui sont plus ou moins adaptées en fonction des zones à étudier. On distingue notamment [1] type d’imagerie médicale : L’imagerie médicale conventionnelle, également appelée anatomique ou structurale le plus souvent utilisée en médecine regroupe la radiologie traditionnelle dite radiologie X, le scanner ou Tomodensitométrie X (TDM), l’Echographie, et l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Ces techniques permettent d’obtenir des informations sur la STRUCTURE des organes, leur forme, leurs limites, et dans certains cas leur contenu (structures osseuses, calculs vesicaux) A l’opposé, les techniques d’imagerie fonctionnelle s’intéresseront à la FONCTION des organes, des tissus ou des cellules, c’est-à-dire à leur METABOLISME. Les techniques d’imagerie fonctionnelle sont la scintigraphie, le PETSCAN, et certaines études d’IRM, dite IRM fonctionnelle [2].

Les modalités d’Acquisition de l’imagerie cérébrale

L’imagerie par résonance magnétique (IRM)

L’IRM ou Imagerie par résonance magnétique est l’une des techniques d’imagerie médicale les plus récentes. Elle permet en effet d’obtenir des images 2D ou 3D de certaines régions du corps et d’identifier des anomalies spécifiques, cet examen ne provoque aucune irradiation. Il ne fait appel en effet, qu’aux propriétés des champs magnétiques [3].

Ce champ magnétique doit être puissant et stable et produit par un aimant supraconducteur qui crée une magnétisation des tissus par alignement des moments magnétiques de spin. Des champs magnétiques oscillants plus faibles, dits «radiofréquence », sont alors appliqués de façon à légèrement modifier cet alignement et produire un phénomène de précession qui donne lieu à un signal électromagnétique mesurable. La spécificité de l’IRM consiste à localiser précisément dans l’espace l’origine de ce signal RMN en appliquant des champs magnétiques non uniformes, des « gradients », qui vont induire des fréquences de précession légèrement différentes en fonction de la position des atomes dans ces gradients. Sur ce principe qui a valu à ses inventeurs, Paul Lauterbur et Peter Mansfield le prix Nobel de physiologie ou médecine en 2003, il est alors possible de reconstruire une image en deux dimensions puis en trois dimensions de la composition chimique et donc de la nature des tissus biologiques explorés [4].

La tomodensitométrie (TDM)
La Tomodensitométrie (TDM) dite aussi scanographie, scanner X ou Tomographie axiale transverse assistée par ordinateur. Il repose sur l’utilisation des rayons X qui font partie des ondes électromagnétiques En 1972 le Scanner mis au point par les radiologues britanniques Allan Mc Cornack et Godfrey N. Hounsfield, prix Nobel en 1979 [5]. Le scanner est une chaîne radiologique avec un tube à rayons X et un ensemble de détecteurs disposés en couronne. Le principe repose sur la mesure de l’atténuation d’un faisceau de rayons X qui traverse un segment du corps. Le tube et les détecteurs tournent autour de l’objet à examiner. De multiples profils d’atténuation sont obtenus à des angles de rotation différents. Ils sont échantillonnés et numérisés. Les données sont rétro projetées sur une matrice de reconstruction puis transformées en image analogique [6]. Le scanner utilise les rayons X à des fins de diagnostic, pour visualiser les structures du corps humain. Cette technique d’imagerie apporte des informations différentes et est choisie par le médecin en fonction  de l’objectif diagnostique. Elles constituent un outil irremplaçable de la médecine moderne. Toutefois, l’accumulation de doses de rayons X peut accroître légèrement le risque de développer un cancer à long terme. Ce risque augmente avec le niveau de dose de rayons X reçus et le nombre d’examens réalisés. Un scanner doit dans tous les cas être demandé et justifié par un médecin après une consultation. Cette demande doit ensuite être validée par un radiologue, qui peut éventuellement la remplacer par un autre examen plus adapté et parfois moins irradiant [7].

La Tomographie par Emission de Positron (TEP)
La tomographie par émission de positons ou TEP une modalité d’imagerie fonctionnelle. Cette technique qui relève de la scintigraphie est un examen à visée diagnostique, reposant sur la détection de positons produits par une substance radioactive administrée au patient par voie intraveineuse. Le radiotraceur est injecté au patient. Lorsque l’atome radioactif se désintègre, le positon émis parcourt un trajet de quelques millimètres dans l’organisme avant de se combiner avec un électron. Les deux particules s’annihilent et donnent naissance à l’émission simultanée de deux photons gamma en ligne droite et dans deux directions opposées. Cette paire de photons est recueillie par la couronne de détecteurs de la caméra à positons située autour du patient. Les différentes désintégrations provenant du même site sont recoupées au moyen de droites dont l’intersection correspond à la région émettrice. Cette particularité permet, d’une part, de localiser très précisément le traceur dans l’organisme et, d’autre part, elle Pour être utilisable en médecine [8]. La TEP fournit une image précise de l’activité cellulaire à l’intérieur du tissu observé. Dans tous les cas, elle est réalisée en milieu hospitalier [9].

La fusion

Définition de la fusion 

La fusion est devenue un aspect important de traitement de l’information dans plusieurs domaines [10] Plusieurs sens sont donnés à la fusion, nous reprenons ici la définition proposée par Bloch: La fusion d’informations consiste à combiner des informations issues de plusieurs sources afin d’aider à la prise de décision [11] Dans le domaine du traitement d’image on utilise la fusion pour le diagnostique et le traitement. Cette technique est utilisée lorsque plusieurs images du patient sont enregistrées et superposées ou fusionnés pour fournir des informations supplémentaires. Les images fusionnées peuvent être créés à partir de plusieurs images de la même modalité d’imagerie, [12] ou en combinant les informations provenant de multiples modalités [13].

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Table des matières

Introduction générale
CHAPITRE I : Etat de l’art sur la fusion des images médicales
I.1. Introduction
I.2. L’imagerie médicale
I.2.1. Définition
I.2.2. Les modalités d’Acquisition de l’imagerie cérébrale…
I.2.2.1.L’imagerie par résonance magnétique (IRM)
I.2.2.2.La tomodensitométrie (TDM)
I.2.2.3.La Tomographie par Emission de Positron (TEP)
I.3. La fusion
I.3.1 Définition de la fusion
I.3.2 La nécessité de la fusion
I.3.3 Les approches de la fusion
I.3.4 Les applications médicales de la fusion
I.3.4.1 La fusion intra sujet et intra modalité.
I.3.4.2 La fusion intra sujet et inter modalité.
I.3.4.3 La fusion inter sujet et intra ou inter modalité
I.3.4.4 La fusion sujet et modalités
I.3.5 Le processus de la fusion
I.3.5.1 Le prétraitement
I.3.5.2 Le redimensionnement
I.3.5.3 Recalage
I.3.6 Etat de l’art
I.3.6.1. Les méthodes de types projection –substitution
I.3.6.1.1 Transformée en IHS (ou ITS)
I.3.6.1.2 Méthode analyse en composante principale (ACP)
I.3.6.1.3 Méthode HPF (filtre passe haut)
I.3.6.2 Les méthodes multirésolution et directionnelle
I.3.6.2.1 La transformée en ondelette
I.3.6.2.2 La transformée en contourlet
I.3.6.2.3 La transformée en bandelettes
I.3.6.3 Des travaux trouvés dans la littérature
I.4 Conclusion.
CHAPITRE II : La fusion hybride des images médicales
II.1 Introduction
II.2 La transformée en ondelette
II.2.1 La transformée en ondelettes discrète (DWT)
II.2.2 Analyse multi-résolution associé aux ondelettes
II.2.3 Algorithme de l’analyse multi-résolution
II.3 X-let.
II.4 Transformées géométriques adaptatives
II.4.1 Transformée en bandelettes
II.4.1.1 Définition de la géométrie
II.4.1.2 Transformée Bandelette première génération
II.4.1.3 Les bandelettes de seconde génération
II.4.1.4 Base de bandelettes
II.4.1.5 Algorithme de la fusion par bandelette
II.5 Réseaux de neurones à impulsion couplée (PCNN)
II.5.1 Le neurone formel
II.5.2 Les réseaux de neurones
II.5.2.1 Architecture des réseaux de neurones
II.5.2.2 Apprentissage des réseaux de neurones.
II.5.3 Les modèles impulsionnels de réseaux de neurones
II.5.3.1 Réseaux de neurones à Impulsion couplés (PCNN)
II.5.3.1.1 Architecture du réseau
II.5.3.1.2 Caractéristiques d’un PCNN
II.5.3.2 Le PCNN dans la fusion d’image
II.6 Conclusion
CHAPITRE III : Implémentation et résultats
III.1 Introduction.
III.2 Présentation de la base de données
III.3 La méthode hybride de la fusion d’image par la BDLT- SF- PCNN
III.3.1 L’algorithme proposé de la méthode BDLT- SF- PCNN
III.4. La qualité de la fusion
III.4.1 Analyse visuelle
III.4.2 Analyse quantitative
III.5. Implémentation de la méthode hybride basée sur la BDLT et le PCNN et la SF
III.5.1 Interprétation des résultats
III.6. Comparaison des résultats
III.6.1 Interprétation des résultats
III.7. Conclusion.
Conclusion générale

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