Recalage d'images du fond d'oeil pour la construction d'un atlas des structures anatomiques de la rétine

Le développement de nouvelles modalités d'imagerie et les progrès réalisés en analyse et en archivage d'images ont fait évoluer la pratique de l'ophtalmologie ces dernières décennies. Ces avancées sont motivées par le fait que les images de la rétine, également appelées images de fond d'oeil, sont les seules qui permettent d'observer le réseau vasculaire rétinien de manière non-invasive et d'obtenir des informations concernant un grand nombre de pathologies. La quantité d'images rétiniennes acquises afin de suivre des patients atteints de différentes maladies est donc en constante augmentation, ce qui pose des problèmes dans la prise en charge de la population. De plus, l'évaluation qualitative de ces images par des experts est soumise à des problèmes de reproductibilité. De ces problématiques croît la nécessité de développer des méthodes automatiques d'analyse des images de fond d'oeil et d'aide au diagnostic. Certaines des pathologies évaluées à l'aide de ces images affectant la structure du réseau vasculaire rétinien, la segmentation automatique de la vasculature est l'un des enjeux particulièrement importants aujourd'hui. Diverses méthodes de segmentation de la vasculature rétinienne sont proposées dans la littérature, l'une des principales difficultés à surmonter étant de segmenter les vaisseaux sanguins les plus fins. Notre hypothèse est que l'utilisation d'atlas pourrait améliorer la détection de ces petits vaisseaux. Les atlas sont des modèles moyens de la répartition des structures au sein de populations qui, une fois alignés sur des images à segmenter, permettent de localiser les structures d'interêt. L'objectif général de ce projet est de proposer des méthodes de recalage automatique d'images de fonds d'oeil afin de construire un atlas des principales structures anatomiques de la rétine. Puisque les images de fonds d'oeil utilisées pour construire un tel atlas sont planes, leur contenu dépend de la configuration selon laquelle elles ont été imagées. Nous proposons donc aussi d'étudier la possibilité d'une reconstruction de la surface des rétines en trois dimensions afin d'obtenir un atlas 3D indépendant de cette configuration. Cette extension à la troisième dimension implique le recours à plusieurs images de chaque fond d'oeil qui doivent être recalées afin de ne conserver que les déformations liées à la profondeur de la rétine. Trois objectifs spécifiques sont donc à distinguer. Le premier consiste à proposer une méthode de recalage automatique intra-sujet pour permettre la reconstruction en trois dimensions. Le deuxième vise à adapter le recalage au cas de l'alignement d'images de sujets différents dans le but de construire l'atlas 2D, qui est utile dans le cas d'images acquises selon des configurations similaires. Le troisième objectif est d'étudier la possibilité de reconstruire

Abstract

The development of new imaging modalities and the progress in image analysis and archiving systems have changed the practice of ophtalmology for the last decades. These advances are driven by the fact that retinal images, also known as fundus images, are the only ones allowing a non-invasive observation of the human vasculature and getting information about many pathologies. The amount of retinal images acquired to examinate patients with various diseases is constantly increasing, which poses problems in the management of the population. In addition, the qualitative evaluation of these images by experts is subject to problems of reproducibility. These issues increase the need to develop automatic retinal image analysis and diagnosis support. Some pathologies are aecting the structure of the retinal vasculature. Therefore, the automatic retinal vessels segmentation is a particularly important issue today. Various methods have been proposed in the literature concerning retinal vessels segmentation. One of the key challenges is to segment the nest blood vessels. Our hypothesis is that the use of atlases could improve the detection of these small vessels. Atlases mean the distribution of anatomical structures within populations and, once aligned with images to segment, allow the localisation of the structures of interest. The general objective of this project is to propose a method for automatic images registration to build an atlas of the principal anatomical structures of the retina. Since the fundus images used to build this atlas are two dimensional, their content depends on the conguration of their acquisition. We propose to study the possibility of reconstructing the retinal surface in three dimensions to obtain an atlas not depending on this conguration. This extension to the third dimension involves the use of multiple images of each retina which must be registered in order to keep only the deformations related to the depth of the retina. Thus, three specic objectives are to distinguish. The rst is to provide an automatic intra-subject registration method to allow the three-dimensional reconstruction. The second is to adapt the registration algorithm to the alignment of images of dierent subjects in order to build the 2D atlas, which is useful in the case of images acquired under similar congurations. The third objective is to study the possibility to reconstruct the retinal surface in three dimensions. To meet the rst objective, which is to propose a method to automatically register images of a single retina, an algorithm evaluating the quadratic deformations between the images has been developed. It allows taking into account transformations introduced by the movements of the eye relative to the camera between several acquisitions and considering deformations