BioIMAGe

• Partenaires : TIMC-IMAG, Unité INSERM 438, RMN Bioclinique, Laboratoire de Biologie des Populations

d'Altitude

• Thématiques – BioInformatique– Modélisation biomécanique médicales

– Imagerie médicale (IRM, Tomographie)

Tomographie et transformée de Radon

(problème direct)

Source de rayon x Source de rayon x

DétecteurDétecteur

Mesure de Mesure de l’atténuation Rf(l’atténuation Rf(,u),u)

u

2

0

)(),( dttufuRf

u 0

O

DynCT : TOMO-FLUOROSCOPIE 3D intervention guidée par l’image

Radiology, Mai 1999

Lésion de faible contraste

Guidage d’une aiguille de biopsie

Flou lié aux mouvements

3

IST 2000-2003

MI3

Nouveaux algorithmes Nouveaux systèmes Nouveaux protocoles chirurgicaux

4

GMCAO : radiologie interventionnelle Radiologie numérique

IST 2000-2003

Contraintes de temps

=> Reconstructions rapides

Volume important de données et calcul

MI3 = 3D 300 projections radiographiques = 3GoPlusieurs centaines de Gflops

DynCT = faible 3D x temps ; 800 projections multicoupes (16) en 0.1s = 250Mo/sPlusieurs centaines de Gflops chaque seconde

Compression de calcul en tomographie

pour l’imagerie médicale interventionnelle

Présentation au C.S. de CIMENT 27/09/2001

T.Rodet

TIMC-IMAG et CEA/LETI

• Théorème de coupe projection

R

),(ˆ2)(1ffR

n

1

2

s

1x

2x

2F

1F

0

)(),( dttsfsRf

Inversion de la transformée de Radon

(problème inverse)

• Méthode classique FBP (Filtered Back Projection)

FiltrageFiltrage RétroprojectionRétroprojection

)(),( 21 fFRfF • Coupe-projection

• Rétroprojection filtrée 20

,)*()( dxRfwxf

s

Les méthodes d’accélération des calculs tomographiques

• Reconstruction dans le domaine de Fourier.

• Rétroprojection rapide [Brady, SIAM 98 ], [Danielsson, 98]

• Notre approche basée sur la compression de calcul– [Rodet,Grangeat,Desbat, MIC 00, 3D 01]

9

Schéma de compression de calcul

Composentes Composentes fréquentiellesfréquentielles

DecompositionDecompositionindirecteindirecte

Rétro-Rétro-projectionprojection

Fusion des Fusion des donnéesdonnées

10

Facteurs d’accélération des calculs

• La rétroprojection d’imagettes sous-échantillonnées.

• Le sous-échantillonnage angulaire adaptatif

• L’élimination des composantes nulles des projections.

• Quantifications des composantes de l’image négligeable.

11

Facteurs augmentant le nombre de calculs

• Multiplications des FFT inverses (filtrage) dans l’étape de décomposition.

• L’étape de fusion.

12

Temps CPU de reconstruction en fonction du nombre de composantes

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1 4 16 64 256 1024 4096 16384

Nombre de composantes fréquentielles

Tem

ps C

PU

Temps de reconstruction en fonction du nombre d’imagettes

Facteur d’accélération

3,35

13

Reconstruction avec quantification d’une séquence d’images (1)

Reconstruction de référence

Amplitude du mouvement

Reconstruction avec 38% des

imagettes

Images des différences

Image 4 Image 12 Image 20 Image 28

14

Reconstruction avec quantification d’une séquence d’images (2)

Amplitude du mouvement

Reconstruction de référence

Reconstruction avec 22% des

imagettes

Images des différences

Image 4 Image 12 Image 20 Image 28

15

Temps CPU utilisé pour les reconstructions

1.54%4.516922

1.17%3.820038

1.09%2.6290100Notre

algorithme

0%1754100FBP

Erreur relative 1

Accélé-ration

Temps CPU (seconde)

% d’imagettes

Types d’algorithme

16

Temps de reconstruction d'un volume 128x128x32

0

3

6

9

12

15

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Nombre de processeurs

Tem

ps C

PU (s

)

Résultats sur grappe icluster

Temps de reconstruction d'un volume 256x256x32

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Nombre de processeurs

Tem

ps C

PU (s

)

17

Facteur d’accélération

3,1

Conclusions et perspectives

• Imagerie interventionnelle => nouveaux algorithmes de reconstruction rapide

• Analogie compression de données et compression de calcul

• Gains supplémentaires par parallélisation du code rapide

• Poursuite dans la direction des méthodes de compression => ondelettes + permettra une approche locale de la reconstruction.

(Catherine Mennessier)

Astrophysique

tv

d

dsin(

Vitesse radiale d’un point à la surface de l’étoile :

v()

Phase

Phase

v()

Effet Doppler : décalage en longueur

d ’ondes Longueur d’onde s Longueur d’onde s

1o2o

3o

Imagerie Doppler

sx

dxxfsg

.

)(),(

sx

sx

dxxxwxf

dxxxwxfsS

.

.

).,.()(

).,.()(),(

s

sx .

Tomographie Imagerie Doppler