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HAL Id: tel-00966605 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00966605 Submitted on 28 Mar 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Extraction de formes, Suivi d’objets déformables et Reconstruction en Imagerie Médicale : Application à l’Angiographie R-X et au scanner X multibarette. Christine Toumoulin To cite this version: Christine Toumoulin. Extraction de formes, Suivi d’objets déformables et Reconstruction en Imagerie Médicale : Application à l’Angiographie R-X et au scanner X multibarette.. Traitement du signal et de l’image [eess.SP]. Université Rennes 1, 2009. tel-00966605 LTSI Habilitation à Diriger Des Recherches Présentée devant : L'Université de Rennes 1 par Christine Toumoulin Maître de Conférence Hors Classe – section 61 IUT – Rennes – Département GEII Laboratoire LTSI - INSERM U642 – Université de Rennes Extraction de formes, Suivi d'objets déformables et Reconstruction en Imagerie Médicale : Application à l'Angiographie R-X et au scanner X multibarette. Soutenue le 23 Novembre 2009 Président : Christian Roux Directeur Scientifique Telecom Bretagne, Brest Rapporteurs : Jean Pierre cocquerez Professeur U.T.C, Compiègne Louis Gilles Durand Professeur IRCM, Montréal, Canada Su Ruan Professeur IUT de Troyes Examinateurs : Jean Louis Coatrieux DR Inserm LTSI, université Rennes Marinette Revenu Professeur GREYC-ENSICAEN, Caen REMERCIEMENT L‟habilitation à diriger les recherches est un exercice singulier qui nous renvoie à notre histoire de chercheur, du tout jeune débutant, notre doctorat en poche à notre confirmation. Au-delà d'une simple synthèse de mes activités, elle me plonge dans mes souvenirs pour me faire revivre la richesse des rencontres qui ont jalonnées mon parcours et marquées ma trajectoire. Il en est ainsi de : - Jean Louis Coatrieux, mon mentor qui m‟a accompagné sur mes jeunes années dans le difficile apprentissage de la recherche et qui m‟a donné l‟opportunité de m‟engager au niveau internationale (IEEE EMBS) et nationale (Société Française du Génie biologique & Médical) au service de la communauté scientifique. - Julius Kulikowsky, Anna Korzyńska de l'Institut de "Biocybernetics and Biomedical Engineering", à Varsovie qui m'ont fait découvrir l'âme et la culture d'un peuple, et m'ont accompagné dans la création d'une collaboration aujourd'hui pérenne avec le département de Computer Science de l'institut polytechnic de Bialistok, dirigé par Léon Bobrowski. Je t'exprime ma gratitude Léon pour ton accueil toujours chaleureux et ta grande ouverture d'esprit qui ont fait de nos rencontres des instants de plaisir. - Limin Luo, Huazhong Shu, Xudong Bao du laboratoire LIST (Image Science & Technology) de l'université du SudEst de Nankin, en Chine avec lesquels j‟ai partagé des moments inoubliables, riches d‟expériences sublimes et audacieuses. Bien plus qu‟ailleurs, travailler pour construire ensemble impose de s‟ouvrir à l‟autre, d‟accepter des logiques de pensée qui ne sont pas les nôtres, celles du monde occidental. Vous m‟avez accompagné sur ce chemin, et aidé à créer cette petite équipe franco-chinoise sur la thématique de la reconstruction 3D. - Guy Cazuguel et Valérie Burdin Membres du comité d‟organisation de l'école d'été IEEE en imagerie Médicale et compagnons et complices avec lesquelles j'ai savouré de véritables moments de détente, - Charles Baquey, André Dittmar, Frédérique Frouin, Chafia Hamitouche, Catherime Marque, Veronique Migonney, Norbert Noury, Christian Roux, Jean Rousseau, Maximilien Vermandel, … difficile de citer toute la bande des super héros qui ont et œuvrent toujours pour le vivant et la Santé, au travers de la SFGBM mais également du chapitre IEEE, et de différentes actions(écoles d‟été, conférences, implication au niveau du MESR, de l‟ITMO, …), pour faire reconnaître la discipline et influencer favorablement les orientations stratégiques au niveau de la recherche. Je suis fière de travailler avec vous et participer à ces actions. Ce mémoire retrace l'ensemble de mes activités d'enseignement et de recherche en passant par les aspects formation à et par la recherche ainsi que l'animation de la recherche. Mes travaux de recherche ont été effectués au sein de l'unité mixte de recherche LTSI Inserm U642. Ces travaux représentent, vous l‟aurez compris, le fruit d‟un travail collectif et de collaborations multiples impliquant bien sur d‟autres chercheurs du laboratoire (Jean Louis Coatrieux, Jean Jacques Bellanger, Jean Claude Nunes, …) et d‟autres structures de recherches (nationales et internationales) mais aussi d‟un grand nombre d'étudiants (en thèse, stages d'ingénieurs et de master) ainsi que de jeunes chercheurs en position postdoctorale. Plus généralement, j‟aimerais exprimer ici toute ma reconnaissance et ma gratitude envers tous ceux qui ont participés, de près ou de loin, à l‟accomplissement de ce travail. SOMMAIRE Curriculum vitae ............................................................................................................ 7 Activités d'enseignement ................................................................................................ 9 Responsabilités pédagogique et administrative ........................................................ 10 Activité d‟enseignement ........................................................................................... 11 Activités de recherche .................................................................................................. 15 1. Projets de recherche ................................................................................................. 15 2. Direction de Recherche ............................................................................................ 15 3. Animation de la recherche ........................................................................................ 17 3.1. Collaborations Internationales ......................................................................... 17 3.2. Fonctions d‟intérêt collectif exercées au sein de l‟unité ................................. 17 3.3. Organisation de colloques ou de congrès ........................................................ 17 3.4 Participation comite national et international .................................................. 18 3.5 Prix scientifiques et distinctions ...................................................................... 18 Liste des publications ................................................................................................... 19 Travaux de recherche .................................................................................................. 25 1. Introduction .............................................................................................................. 26 2. Quelques paradigmes fondamentaux en imagerie médicale .................................... 26 3. Une grille de lecture générique ................................................................................ 30 3.1. La chaîne image .............................................................................................. 30 3.2. Cadre des travaux ............................................................................................ 31 4. Segmentation vasculaire ........................................................................................... 33 5. Transitions de description pour la formation d‟objets ............................................. 41 5.1. Approches par groupements perceptuels ......................................................... 42 5.2. Méthodes structurelles ..................................................................................... 45 5.3. Eléments d‟une critique ................................................................................... 50 6. Extraction et caractérisation du mouvement cardiaque en imagerie scanner ........... 50 7. Reconstruction dynamique ....................................................................................... 57 8. Projet de recherche ................................................................................................... 64 8.1 Poursuite des travaux sur l'extraction et la caractérisation des structures vasculaires en imagerie scanner multibarette et extension à l‟IRM ................ 64 8.2 La reconstruction 3-D en imagerie rotationnelle R-X ..................................... 65 8.3. Interventions guidées par l‟image ................................................................... 66 Références ...................................................................................................................... 68 Christine Toumoulin MCU-HC 61 Laboratoire LTSI – INSERM U642 7/ 72 Curriculum vitae Nom patronymique : TOUMOULIN Nom marital : TOUMOULIN FAUVE Prénoms : Christine - Gisèle Date et lieu de naissance : 12 - 07 - 61 - ROCHEFORT (17) Nationalité : Française Fonctions : Maître de Conférence Hors Classe – Section 61 Etablissement actuel: IUT Rennes – département GEII UMR U642 - LTSI TITRES UNIVERSITAIRES : 1987 THESE de l'université de RENNES I - UER Structure et Propriété de la matière - Spécialité traitement du signal et télécommunications - Sujet : Traitement d'images multimodalité dans un réseau d'imagerie médicale. Application a la segmentation d'images de radiologie numérique et de résonance magnétique. 1984: D.E.A Traitement de l'information - option signal - Université de RENNES I 1983 : Maitrise E.E.A - Université de RENNES I 1981 : DUT Génie électrique - option Automatique - IUT - POITIERS EXPERIENCE PROFESSIONNELLE: 1983 - 1984 D.E.A Traitement du signal et Télécommunications: Mon stage de recherche, au sein du Laboratoire Traitement du Signal de l'Université de RENNES I, a été consacré à l'élaboration d'une méthode automatique d'analyse du signal de mamométrie colique. J'ai développé un algorithme de détection des différents types d'ondes, caractérisant la qualité de la motricité musculaire, en introduisant un correcteur des dérives de lignes de base. Ce travail préliminaire a été depuis poursuivi dans le cadre de l'I.U.T de RENNES et à débouché sur la réalisation d'un prototype en cours d'expérimentation dans le service de gastro-entérologie du CHR de RENNES. 1984 - 1987 Thèse de Doctorat de l'Université de RENNES I: Mon travail de recherche s'est décomposé en trois phases: 1984-1985 Formation aux méthodes d'analyse d'images. J'ai pu pendant cette période, me familiariser avec les techniques de base en les appliquant à l'imagerie médicale et à des images de microscopie électronique. Christine Toumoulin MCU-HC 61 Laboratoire LTSI – INSERM U642 8/ 72 1985-1986 Implantation de primitives de morphologie mathématique sur processeur spécialisé (imagerie binaire et niveaux de gris) - ce travail a fait l'objet d'un détachement de 8 mois à la société GE/CGR à Buc - puis élaboration d'une application de consultation et de manipulation d'une imagerie multimodalité (gestion transparente des accès et des traitements d' images provenant de sources differentes: IRM - Scanner - Radiologie Numérique). 1986-1987 Conception d'algorithmes originaux de détection de structures vasculaires en Radiologie Numérique et du cortex en IRM . 1987-1989 Recherche post-doctorale Outre ma participation à l'implantation en site hospitalier de la maquette S.I.R.E.N.E.(juin 88), mes activités se sont diversifiées dans les domaines suivants: - Elaboration de méthodes de segmentation d'images Scanner et IRM dans le cadre du projet d'irradiation multi-faisceaux (radiothérapie tridimensionnelle de nouvelle génération), - Participation à la mise au point d'une station de représentation et de manipulation d'objets 3D. Travail réalisé dans le cadre d'une collaboration GE-CGR / Laboratoire S.I.M: > Implantation sur processeur spécialisé de primitives 3D relatives à l'analyse quantitative du volume (objet d'un détachement à GE/CGR (3mois)), > Définition uploads/Science et Technologie/ habilitation-gbm.pdf