Incorporation du deplacement du patient dans la reconstruction radiographique tridimensionnelle de la cage thoracique et du rachis humain

Stereoradiographic and multiplanar 3-D reconstruction of scoliotic patient rib cage and spine uses two postero-anterior radiographs (PA-0^o and PA-20^o) and one lateral radiograph. However, some flaws are observed with the present method based on the DLT algorithm and the RiDLT algorithm. Their main defects are found to be discontinuities (gaps or overlaps) of the rib reconstructions in the lateral part of the ribs.

The main goal is to develop a new reconstruction technique that will correct for the patient displacement between the radiographs. The new technique locates all the elements of the radiographic set-up (X-ray sources, calibration object, radiographs) within a global referential system to recreate the path of the X-rays which generated the different radiographic images. Different correction hypothesis are formulated and this leads to the elaboration of 3 different rib reconstruction algorithms and 9 vertebra reconstruction algorithms.

The displacement evaluations of 31 scoliotic patients gave an average displacement of 1.3 $\pm$ 1.2 mm for the ribs and 1.1 $\pm$ 1.1 mm for the thoracic vertebrae and lead to the identification of displacement's patterns. For the rib reconstruction, visual evaluation of the reconstruction obtained by the algorithms incorporating either translation correction (TRANS) or translation and scaling correction (TR-ECH) revealed a large improvement in the continuity of the rib lateral region. The simulation of 9 mm lateral displacement resulted in angular errors larger than 10^o with the present algorithm (RiDLT) where as the new algorithms (TRANS and TR-ECH) lead to errors smaller than 0.5^o. The rib length error of almost 60 mm were reduced to a few millimeters. The average variation of indices caused by displacements were reduced by 65% for the angular inclinaison of the ribs and by 72% for the rib length. (Abstract shortened by UMI.)

Alternate abstract:

La reconstruction 3D stéréoradiographique et multiplanaire de la cage thoracique et de la colonne vertébrale d'un patient scoliotique utilise deux radiographies postéro-antérieures (PA-0^o et PA-20^o) et une radiographie de profil. Cependant, certains défauts sont observés avec la présente méthode basée sur l'algorithme DLT et l'algorithme RiDLT. Leurs principaux défauts se révèlent être des discontinuités (lacunes ou chevauchements) des reconstructions costales dans la partie latérale des côtes.

L'objectif principal est de développer une nouvelle technique de reconstruction qui corrigera le déplacement du patient entre les radiographies. La nouvelle technique localise tous les éléments du montage radiographique (sources de rayons X, objet de calibration, radiographies) dans un référentiel global pour recréer le parcours des rayons X qui ont généré les différentes images radiographiques. Différentes hypothèses de correction sont formulées et cela conduit à l'élaboration de 3 algorithmes différents de reconstruction de côtes et de 9 algorithmes de reconstruction de vertèbres.

Les évaluations de déplacement de 31 patients scoliotiques ont donné un déplacement moyen de 1,3 $\pm$ 1,2 mm pour les côtes et de 1,1 $\pm$ 1,1 mm pour les vertèbres thoraciques et ont permis d'identifier des schémas de déplacement. Pour la reconstruction costale, l'évaluation visuelle de la reconstruction obtenue par les algorithmes incorporant soit la correction de translation (TRANS) soit la correction de translation et de mise à l'échelle (TR-ECH) a révélé une grande amélioration de la continuité de la région latérale de la côte. La simulation d'un déplacement latéral de 9 mm a entraîné des erreurs angulaires supérieures à 10^o avec l'algorithme actuel (RiDLT) alors que les nouveaux algorithmes (TRANS et TR-ECH) conduisent à des erreurs inférieures à 0,5^o $. L'erreur de longueur de côte de près de 60 mm a été réduite à quelques millimètres. La variation moyenne des indices due aux déplacements a été réduite de 65 % pour l'inclinaison angulaire des côtes et de 72 % pour la longueur des côtes. (Résumé abrégé par UMI.)