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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