Implantation d'un algorithme de reconstruction itératif 4D en tomodensitométrie à faisceau conique PDF Download

Author: Julia Mascolo-Fortin
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Languages : en
Pages : 59

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La tomodensitométrie avec faisceau conique (CBCT) est actuellement utilisée en radiothérapie externe pour visualiser le patient dans la salle de traitement. Le mouvement respiratoire des patients y est encore difficilement pris en compte et des avancées sur le sujet pourraient améliorer la précision des traitements. En ce sens, l'obtention d'une séquence imageant les mouvements dans la région d'intérêt serait souhaitable. Ce mémoire présente le développement d'un algorithme de reconstruction 4D pour CBCT qui tente de répondre à certains besoins cliniques, soit l'obtention d'une qualité d'image suffisante, une facilité de mise en place clinique et une rapidité de calcul. L'algorithme 4D développé se base sur l'algorithme itératif convexe avec sous-ensembles ordonnés et régularisation de variation totale. Cette méthode a été choisie pour sa rapidité d'exécution, procurée par l'utilisation de sous-ensembles et la parallélisation des calculs sur carte graphique, et pour sa capacité à diminuer les artéfacts de rayons, communs en imagerie 4D, procurée par la régularisation de variation totale. La méthode développée pour obtenir une image 4D à partir d'acquisitions CBCT standards a fait appel à l'algorithme Amsterdam Shroud pour déduire le mouvement respiratoire de l'ensemble de projections CBCT. Elle a été validée sur un fantôme numérique et sur des acquisitions cliniques. Les résultats obtenus démontrent le potentiel de l'algorithme, puisqu'une image de résolution spatiale et temporelle satisfaisante a été reconstruite en moins de 5 minutes. Un tel temps de calcul se compare avantageusement à d'autres méthodes disponibles et ouvre la porte à une visualisation rapide du mouvement respiratoire en salle de traitement.

Author: Dmitri Matenine
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Languages : en
Pages : 123

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La présente thèse s'inscrit dans le domaine de la physique médicale et, plus précisément, de l'imagerie médicale tridimensionnelle (3D) et de la dosimétrie 3D pour la radiothérapie. L'objectif global du travail était de concevoir et évaluer un nouvel algorithme de reconstruction itératif rapide pour la tomodensitométrie (TDM) à faisceau conique, une modalité consistant à créer des images 3D des densités du sujet imagé à partir de mesures d'atténuation partielle d'un faisceau de radiation incidente. Cet algorithme a été implanté sur matériel graphique (GPU), une plate-forme de calcul hautement parallèle, menant à la conception de stratégies d'optimisation originales. En premier lieu, un nouvel algorithme itératif statistique régularisé, dénommé OSC-TV, a été conçu et implanté sur GPU. Il a été évalué sur des ensembles de projections synthétiques et cliniques de TDM à rayons X à faisceau conique. L'algorithme proposé a démontré une qualité d'image supérieure à celle de méthodes semblables pour des acquisitions basse-dose, ainsi que des temps de reconstruction compatibles avec les activités cliniques. L'impact principal de ce travail est la capacité d'offrir au patient une réduction de dose de radiation ionisante de deux à quatre fois par rapport aux protocoles d'acquisition usuels. En second lieu, cet algorithme a été testé sur des données expérimentales en tomographie optique à faisceau conique, donnant lieu à l'une des premières études de ce genre. La résolution spatiale des images 3D résultantes a été améliorée et le bruit a été réduit. L'on a aussi démontré l'importance de considérer le spectre de la source lumineuse afin d'assurer la justesse de l'estimation des densités. Le principal impact de l'étude est la démonstration de la supériorité de la reconstruction itérative pour des données affectées par les aberrations propres à la tomographie optique à faisceau conique, résultant potentiellement en l'amélioration de la dosimétrie 3D par gel radiochromique en radiothérapie. En troisième lieu, différentes approches de gestion de la matrice-système de type exact à rayons fins ont été évaluées pour la TDM à faisceau conique. Le pré-calcul et le stockage complet de la matrice-système dans la mémoire vive du GPU s'est montré comme l'approche la plus rapide, mais la moins flexible en termes de géométries représentables, en raison de la taille limitée de la mémoire vive. Le traçage de rayons à la volée est apparu très flexible, offrant aussi des temps de reconstruction raisonnables. En somme, les trois études ont permis de mettre en place et d'évaluer la méthode de reconstruction proposée pour deux modalités de tomographie, ainsi que de comparer différentes façons de gérer la matrice-système.

Author: Louise Friot-Giroux
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Languages : fr
Pages : 0

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La tomographie par rayons X est une technique très utilisée en imagerie médicale pour observer les structures anatomiques des patients. A partir de mesures de l'absorption des rayons X par les tissus, un processus de reconstruction permet d'obtenir des images du volume observé. En imagerie dentaire, le CBCT utilise un faisceau de rayons X conique et permet d'imager rapidement le volume 3D de la mâchoire. L'exposition aux rayons X est cependant dangereuse pour la santé, et l'enjeu principal de la tomographie X est d'obtenir des images de bonne qualité avec une dose minimale. Les méthodes analytiques offrent des reconstructions rapides mais peu robustes lorsque les projections sont bruitées ou en faible nombre. Les méthodes itératives donnent la possibilité de prendre en compte la modélisation physique du problème et des connaissances a priori sur le volume. Récemment, l'essor des méthodes d'apprentissage profond et leur application au traitement des images ont suggéré de nouvelles pistes de recherche en tomographie. L'objectif de cette thèse est d'implémenter des méthodes de reconstruction fiables et efficaces pour la reconstruction tomographique faible dose en imagerie dentaire. Trois algorithmes itératifs, appliquant une régularisation par variation totale, ont été implémentés et appliqués sur fantômes et données réelles faibles doses. Les résultats ont montré la supériorité des méthodes itératives sur les méthodes analytiques. Nous avons également testé les méthodes d'apprentissage profond en reconstruction tomographique. Des réseaux ont été entraînés de manière supervisée pour améliorer la qualité des images reconstruites avec faible dose. Les résultats ont été comparés avec ceux d'une méthode itérative. Différentes méthodes de reconstruction tomographique ont été appliquées sur fantômes et données réelles. Les méthodes itératives ont montré de meilleurs résultats que la méthode analytique. Les méthodes d'apprentissage profond, s'appliquent sur reconstruction analytiques et surpassent les méthodes itératives en termes de temps de reconstruction, avec une meilleure qualité d'images.

Author: Daniele Panetta
Publisher: CRC Press
ISBN: 100017588X
Category : Medical
Languages : en
Pages : 97

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This is a practical guide to tomographic image reconstruction with projection data, with strong focus on Computed Tomography (CT) and Positron Emission Tomography (PET). Classic methods such as FBP, ART, SIRT, MLEM and OSEM are presented with modern and compact notation, with the main goal of guiding the reader from the comprehension of the mathematical background through a fast-route to real practice and computer implementation of the algorithms. Accompanied by example data sets, real ready-to-run Python toolsets and scripts and an overview the latest research in the field, this guide will be invaluable for graduate students and early-career researchers and scientists in medical physics and biomedical engineering who are beginners in the field of image reconstruction. A top-down guide from theory to practical implementation of PET and CT reconstruction methods, without sacrificing the rigor of mathematical background Accompanied by Python source code snippets, suggested exercises, and supplementary ready-to-run examples for readers to download from the CRC Press website Ideal for those willing to move their first steps on the real practice of image reconstruction, with modern scientific programming language and toolsets Daniele Panetta is a researcher at the Institute of Clinical Physiology of the Italian National Research Council (CNR-IFC) in Pisa. He earned his MSc degree in Physics in 2004 and specialisation diploma in Health Physics in 2008, both at the University of Pisa. From 2005 to 2007, he worked at the Department of Physics "E. Fermi" of the University of Pisa in the field of tomographic image reconstruction for small animal imaging micro-CT instrumentation. His current research at CNR-IFC has as its goal the identification of novel PET/CT imaging biomarkers for cardiovascular and metabolic diseases. In the field micro-CT imaging, his interests cover applications of three-dimensional morphometry of biosamples and scaffolds for regenerative medicine. He acts as reviewer for scientific journals in the field of Medical Imaging: Physics in Medicine and Biology, Medical Physics, Physica Medica, and others. Since 2012, he is adjunct professor in Medical Physics at the University of Pisa. Niccolò Camarlinghi is a researcher at the University of Pisa. He obtained his MSc in Physics in 2007 and his PhD in Applied Physics in 2012. He has been working in the field of Medical Physics since 2008 and his main research fields are medical image analysis and image reconstruction. He is involved in the development of clinical, pre-clinical PET and hadron therapy monitoring scanners. At the time of writing this book he was a lecturer at University of Pisa, teaching courses of life-sciences and medical physics laboratory. He regularly acts as a referee for the following journals: Medical Physics, Physics in Medicine and Biology, Transactions on Medical Imaging, Computers in Biology and Medicine, Physica Medica, EURASIP Journal on Image and Video Processing, Journal of Biomedical and Health Informatics.

Author: AFSOUN.. ZOLFAGHARI
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Languages : fr
Pages : 171

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DANS LES TECHNIQUES RECENTES DE TOMOGRAPHIE X, ON UTILISE DE PLUS EN PLUS DES RESEAUX BIDIMENSIONNELS DE DETECTEURS ET DES SOURCES DE RAYONS X PONCTUELLES POUR UNE ACQUISITION RAPIDE DES DONNEES. LA GEOMETRIE CONIQUE DE CE GENRE DE DISPOSITIFS NECESSITE DES METHODES DE RECONSTRUCTION REELLEMENT TRIDIMENSIONNELLE OU LES TROIS DIMENSIONS DE L'ESPACE SONT PRISES EN COMPTE SIMULTANEMENT. LORS DE CE PRESENT TRAVAIL, NOUS AVONS DEVELOPPE UN LOGICIEL DE RECONSTRUCTION TRIDIMENSIONNELLE EN GEOMETRIE CONIQUE BASE SUR LA METHODE ITERATIVE ART. LE CALCUL DE LA MATRICE DE PROJECTION POUR UN FAISCEAU DIVERGENT EST EFFECTUE GRACE A UN ALGORITHME DE TRACE DE RAYON UTILISANT L'EQUATION PARAMETRIQUE DE LA DROITE. CECI NOUS A PERMIS D'INTRODUIRE DIRECTEMENT DANS LE PROCEDE DE RECONSTRUCTION, DES CONTRAINTES GEOMETRIQUES PERMETTANT LA CORRECTION DES ARTEFACTS PRODUITS PAR LES DEFAUTS MECANIQUES DE L'AXE DE ROTATION. LES PREMIERS RESULTATS DE RECONSTRUCTION OBTENUS PAR SIMULATION DEMONTRENT L'EFFICACITE DE LA DEMARCHE SUIVIE MEME AVEC PEU DE PROJECTIONS, A CONDITION QUE LES DONNEES GEOMETRIQUES PARTICULIERES DE L'EXPERIENCE SOIENT CONNUES DE MANIERE PRECISE. DIFFERENTS EXEMPLES D'APPLICATION SONT DONNES DANS LE CADRE DE LA TOMOGRAPHIE A RAYONS X. CES EXPERIENCES, REALISEES AVEC UN PROTOTYPE DE MICROTOMOGRAPHE X DE LABORATOIRE, NOUS ONT PERMIS D'ETUDIER TROIS POINTS ESSENTIELS: L'AMELIORATION DE LA RESOLUTION SPATIALE DANS L'OBJET RECONSTRUIT, LA POSSIBILITE DE RECONSTRUIRE A PARTIR DE PROJECTIONS FORTEMENT BRUITEES ET DE FAIBLE CONTRASTE ET, FINALEMENT, L'AMELIORATION DE LA QUALITE VISUELLE DE LA RECONSTRUCTION GRACE A UN FILTRAGE SELECTIF DU VOLUME RECONSTRUIT

Author: Lucas Graber
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Languages : fr
Pages : 0

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Introduction : Les progrès techniques et la préoccupation croissante au sujet de l'exposition aux rayonnements ionisants ont conduit au développement d'algorithmes de reconstruction d'images utilisant la technologie de Deep Learning (DLR). Peu d'études à ce jour ont étudié l'impact des algorithmes de DLR en terme de réduction de dose en vie réelle et à grande échelle. Matériels et méthodes : Notre étude est rétrospective et monocentrique. Elle porte sur une population globale de 10306 patients ayant réalisé un examen sur un scanner utilisant un algorithme de reconstruction par DLR (CT-DLR) ou un algorithme de reconstruction par reconstruction itérative (CT-IR) selon un parmi quatre protocoles d'imagerie différents. La qualité des images a été évaluée à la fois qualitativement par un opérateur et quantitativement par la mesure de rapports Signal sur bruit et Contraste sur bruit standardisés. Résultats : La diminution d'irradiation globale du groupe CT-DLR par rapport au groupe CT-IR est estimée à environ 20%, plus marquée pour le protocole « Thorax standard » (22%) et moins marquée pour le protocole « crâne standard » (19%). Le groupe CT-DLR présente une qualité diagnostique d'images supérieure à celle du groupe CT-IR. Conclusion : Ces résultats sont en accord avec ceux déjà publiés dans la littérature : les algorithmes de DLR permettent une diminution notable de la dose d'irradiation tout en obtenant une qualité d'image supérieure par rapport aux algorithmes d'IR. Au total, il serait recommandé d'utiliser les algorithmes de DLR à large échelle.

Author: A. J. Dianoux
Publisher: Old City Pub Incorporated
ISBN: 9780970414373
Category : Science
Languages : en
Pages : 210

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Author: Atomic Energy of Canada Limited
Publisher: McGill-Queen's Press - MQUP
ISBN: 9780773516014
Category : Business & Economics
Languages : en
Pages : 466

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The nuclear energy company has overseen the production of its own history, focusing on programs at its laboratories in Chalk River, Ontario, and Whiteshell, Manitoba between 1943 and 1985. The 16 scientists who wrote the narrative discuss the organization and operations of the laboratories, nuclear safety and radiation protection, radioisotopes, basic research, developing the CANDU reactor, managing the radioactive wastes, business development, and revenue generation. Canadian card order number: C97-900188-9. Annotation copyrighted by Book News, Inc., Portland, OR

Author: Paul J. Nahin
Publisher: Springer
ISBN: 3319488643
Category : Science
Languages : en
Pages : 423

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This book contains a broad overview of time travel in science fiction, along with a detailed examination of the philosophical implications of time travel. The emphasis of this book is now on the philosophical and on science fiction, rather than on physics, as in the author's earlier books on the subject. In that spirit there are, for example, no Tech Notes filled with algebra, integrals, and differential equations, as there are in the first and second editions of TIME MACHINES. Writing about time travel is, today, a respectable business. It hasn’t always been so. After all, time travel, prima facie, appears to violate a fundamental law of nature; every effect has a cause, with the cause occurring before the effect. Time travel to the past, however, seems to allow, indeed to demand, backwards causation, with an effect (the time traveler emerging into the past as he exits from his time machine) occurring before its cause (the time traveler pushing the start button on his machine’s control panel to start his trip backward through time). Time Machine Tales includes new discussions of the advances by physicists and philosophers that have appeared since the publication of TIME MACHINES in 1999, examples of which are the chapters on time travel paradoxes. Those chapters have been brought up-to-date with the latest philosophical thinking on the paradoxes.

Author: Nick P. Proukakis
Publisher: Cambridge University Press
ISBN: 1107085691
Category : Science
Languages : en
Pages : 663

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Covering general theoretical concepts and the research to date, this book demonstrates that Bose-Einstein condensation is a truly universal phenomenon.