Exemples d'applications en analyse 3d

Le logiciel Aphelion® est l'un des seuls logiciels développés par une société commerciale proposant des centaines de fonctions capables de traiter de véritables volumes 3D et de les visualiser sous forme de voxels.

Afin de mieux évaluer la puissance des deux modules Aphelion® 3D Image Processing et 3D Image Display, considèrons l'application suivante :

Extraire la fraction volumique de grains de zircone dans l'aluminium

Vidéos associées

Considèrons l'application de métallurgie qui a été développée par l'un des utilisateurs des modules 3D. L'image a été gracieusement fournie par l'ESRF Grenoble, l'INSA de Lyon, le GEMPPM et l'Ecole des Mines de Paris.

Le but de l'application est d'extraire la fraction volumique de grains de zircone dans l'aluminium, de calculer la taille des grains et de déterminer la distribution du nombre de voisins de chaque grain, en analysant véritablement le volume 3D et non des coupes successives.

Dans le passé, la plupart des analyses 3D étaient réalisées sur des sections 2D du volume 3D, puis interpolées afin de fournir une estimation tridimensionnelle. De nos jours, grâce à la puissance des calculateurs et la qualité des capteurs, il est possible de traiter directement des images 3D sans passer par les données 2D.

Suit la description d'une technique innovante et unique mettant en jeu des fonctions morphologiques 3D et des opérateurs de traitement d'images et d'Objectsets 3D afin de calculer la taille des particules et la distribution du nombre de voisins, deux mesures ne pouvant être obtenues qu'en traitant le volume 3D.

  • L'image est acquise à l'aide d'un micro-tomographe à rayons X.
    Chargement de l'image 3D_01.gif ...

    Original Image

  • Le calcul de la moyenne dans l'image binaire donne la fraction volumique de zircone.
  • Etant donné que le contraste entre les deux phases est très bon, un simple seuillage est appliqué afin d'extraire le zircone.
  • Comme les particules de zircone sont plutôt sphériques, elles apparaissent dans l'image comme un empilement de sphères jointives. L'utilisation de la fonction ClustersSplitConvex permet de segmenter les sphères qui sont des particules convexes. Cet opérateur est basé sur un calcul des bassins versants, opérateur de morphologie 3D.
    Chargement de l'image 3D_03.gif ...

    Etiquetage 3D visualisé comme un volume

    Chargement de l'image 3D_04.gif ...

    Etiquetage 3D visualisé selon 3 sections orthogonales

  • Afin de ne pas avoir de biais dans les mesures, une opération de type BorderKill est appliquée qui élimine tous les objets touchant le bord de champ. La correction de Miles-Lantuéjoul pourrait également être utilisée dans ce cas en prenant en compte la taille du volume et les opérateurs impliqués dans le traitement.
  • L'image binaire est maintenant convertie en ObjectSet 3D basé sur la 26-connexité. Il faut noter que les voisinages cubique et cubique face centrée sont proposés en standard dans Aphelion 3D. Toutes les sphères sont maintenant parfaitement identifiées. Un ensemble de mesures 3D comme le volume, la sphéricité et les nombres d'intercepts dans les directions principales de la trame sont calculées. La distribution en taille est déterminée, comme il apparaît dans la courbe ci-après.
    Chargement de l'image 3D_05.png ...

    Distribution en taille

  • L'étape ultime de l'application met en jeu le calcul du nombre de voisins pour chaque grain de zircone. Le nombre de voisins est déterminé par l'analyse de l'Objectset 3D. Une méthode classique ne mettant pas en jeu la notion d'Objectset consisterait à dilater l'image binaire des grains, en travaillant grain par grain, et en effectuant les opérations suivantes : extraction d'un grain, dilatation de taille 2, intersection avec l'image binaire, reconstruction géodésique, calcul du nombre d'objets reconstruits. Cet ensemble d'opérations devrait être répété pour tous les grains, ce qui nécessiterait plusieurs minutes de calcul dans le meilleur des cas. La technique basée sur les Objectsets d'Aphelion est ici utilisée et fournit un résultat en quelques secondes.

Grâce à l'utilisation des ObjectSets, le calcul du nombre de voisins n'est plus effectué sur les données pixel, mais sur les objets 3D. Etant donné que les objets sont déjà individualisés dans l'ObjectSet et disponibles sous forme de rasters, ils sont dilatés avec la condition que chaque grain reste individualisé même s'il y a recouvrement entre deux ou plusieurs grains. Le résultat final donne le nombre de points en contact entre chaque grain et apparaît dans la grille Aphelion sous forme d'un nouvel attribut. Ce calcul est extrêmement rapide puisqu'aucune donnée pixel n'est mise en jeu, et ceci montre la supériorité du logiciel Aphelion, seul logiciel proposant le concept d'ensemble d'objets 3D et également 2D.

La courbe ci-dessous visualise la distribution du nombre de voisins pour l'image de zircone traitée. En outre, le tableur contient la valeur de l'attribut nombre de voisins. Comme pour la version 2D d'Aphelion le passage de messages est toujours disponible entre la grille et l'histogramme.

Chargement de l'image 3D_06.png ...

Distribution du nombre de voisins

Vidéos

ReVAnalyzer: Software product to quantify the volume of Retinal Pigment Epithelium Detachment in macular area

Download the flyer Related poster Related video tutorial Download

ReV Analyzer (Retinal Volume Analyzer) is a software product that takes as input OCT images of a patient, detects and analyzes the retinal Pigment Epithelium Detachment (PED) in that series of images, generates a 3D volume in the 3D space, and provides information on the PED evolution over different visits. It also works on other retina-choroidal areas in a semi-automatic way.

ReVAnalyzer can be used for patients with vascularized PEDs in the scope of exudative Age Related Macula Degeneration, when the PED is visible in multi modal images. Typically, an ophthalmologic clinical examination is performed on a patient during multiple visits, and images of fluorescein and ICG angiography are captured, along with an SD OCT examination in Enhanced Depth Imaging (EDI) mode. ReVAnalyzer is fully compatible with the Spectralis HRA+OCT system manufactured by Heidelberg Engineering GmbH, Heidelberg, Germany.

A retinal volume of 61 lines, centered on the fovea is captured using the Spectralis system. The volume is then exported from the Heidelberg system, and automatically imported into the ReVAnalyzer software product.

Once the volume is opened in the software, the PED area is detected by the operator. Two detection modes are available:

  • A semi-automatic mode that lets the user outline the detachment in each section where it is visible, using a User Assisted tool that automatically fits to the boundary of the detachment.
  • An automatic mode is also available that detects the detachment in the central section, once the user has manually specified that section, and then propagates through all the sections where the detachment is present.

Outline detachment using the User Assisted tool that automatically fits to the boundary of the detachment

Eraser tool used to adjust the detection

In both modes, the user is capable of visually validating the detection in each section, and using a Pen/Eraser tool to adjust the detection.

Once the detection is completed, the software automatically reconstructs and displays the PED in 3D. A full set of display parameters is available to let the user adjust the display in terms of color and orientation, display a section along with the 3D volume, zoom in and out, and move the PED in all directions. The computed volume is provided in pixels and calibrated unit (cubic millimeter).

3D volume and section display

ReVAnalyzer can track the evolution of a detachment over multiple visits for a given patient, and provide a report that can be printed and saved.

ReVAnalyzer has been specified and fully validated by the team of Dr. Souied, Hôpital Intercommunal de Créteil, France. A semi-automated analysis has been performed by three independent readers, twice. Inter and intra reader coefficients were computed based on the Bland Altman statistical method. The analysis was performed on 20 eyes of 20 patients. The value of the coefficient was above 0.99, and the location and size of the PED did not have any impact on the results.

ReVAnalyzer is an excellent tool to accurately measure the PED volume, monitor its evolution over time, and evaluate its response to therapeutic treatments. It can be used by researchers in the field of ophthalmology, big pharmaceutical companies dealing with clinical studies, as well as private ophthalmologists performing patient monitoring through multiple visits.

Video tutorial