Ekonomik Boyut

La section courante permet d'introduire les résultats en présentant les différents plans d'expérience et les données utilisées pour ceux-ci. On propose donc les données utilisées, les métriques, ainsi que les expériences.

2.3.1 Ensembles de données

Plusieurs ensembles de données sont employés pour valider les algorithmes proposés dans la méthodologie. On utilise d'abord des séquences biplans complètes qui contiennent des données réelles en contexte interventionnel pour valider la segmentation. Un agent de contraste est employé pour identifier les artères coronaires lors de l'acquisition angiographique.

Pour valider l'approche proposée, un fantôme radiologique provenant de la plateforme CAVAREV (Rohkohl et coll., 2010) est utilisé. Cette plateforme contient deux séquences complètes d'angiographie rotationnelle simulées à partir d'un fantôme virtuel (XCAT). Un fantôme radiologique (ou virtuel) contient des données complètement simulées qui sont très similaires à la réalité, permettant ainsi l'évaluation et la validation des approches. La première séquence contient uniquement du mouvement cardiaque, alors que la seconde contient le mouvement cardiaque et respiratoire. L'utilisation des deux ensembles permet de pouvoir comparer de manière quantitative la qualité de la compensation de mouvement et des reconstructions. De plus, les séquences possèdent un total de 133 images chacune, ce qui permet un plus grand ensemble de résultats pour la validation.

Finalement, on utilise également les reconstructions de référence reconstruites manuellement grâce à un outil manuel de reconstruction des points à l'aide de deux vues. Dans les deux vues, les branches qui correspondent sont identifiées manuellement puis reconstruites, pour obtenir des modèles de référence. Il suffit ainsi de comparer la reconstruction automatique avec le modèle de référence reconstruit manuellement pour déterminer la qualité des

résultats. En plus des reconstructions de référence, on possède également des segmentations de référence pour valider cette partie de l'étude.

2.3.2 Métriques de validation

La quantification des résultats est un problème de taille dans le domaine de l'imagerie médicale. Il est donc nécessaire d'établir des métriques de base qui sont quantifiables pour obtenir une bonne validation. On utilise donc plusieurs métriques différentes dans les diverses étapes de la méthodologie pour s'assurer d'avoir une validation adéquate.

D'abord, pour la méthode de segmentation multi-échelles par régions, on utilise le pourcentage des régions mal classifiées pour quantifier les résultats. L'utilisation de cette métrique permet de comparer les résultats selon plusieurs échelles différentes. Une échelle correspond à une taille spécifique de région. Pour la compensation du mouvement respiratoire, on propose deux métriques de qualité pour identifier la robustesse de la solution. D'abord, on utilise la distance moyenne en 2D des angiographies décalées. Ainsi, on cherche à minimiser le décalage entre l'angiographie sans mouvement respiratoire et l'angiographie avec mouvement respiratoire post-compensation.

Pour évaluer la reconstruction 3D+t, on utilise en premier lieu la distance moyenne en 3D des voxels de la reconstruction automatique avec la reconstruction manuelle de référence. Ensuite, on évalue l'erreur 2D grâce à la distance des pixels appariés entre la vue de référence et la vue de comparaison. De plus, on utilise également deux métriques proposées par CAVAREV pour comparer les résultats de la méthode avec ceux des autres méthodes de la littérature. La première métrique s'applique à une reconstruction 3D, et la seconde à une reconstruction 3D+t. On établit d'abord une mesure de qualité formelle qui est employée dans les deux métriques.

Dans l'équation, fivasc correspond à une seule reconstruction du volume de référence fournit

par CAVAREV. La métrique de qualité dsc est le coefficient de similarité Dice (Baeza-Yates et Ribeiro-Neto, 1999).

( , ) = 2 | ∩ |

| | + | | (2.24)

Ainsi, pour une reconstruction f, la métrique de qualité par rapport à la reconstruction de référence fivasc est définie grâce au coefficient Dice. Ce coefficient détermine le

chevauchement entre les pixels reconstruits par la méthode et ceux du modèle de référence. Lorsqu'il y a chevauchement, le résultat est positif, alors que le résultat est négatif lorsqu'un pixel n'est pas intersecté par un autre pixel. Tel que mentionné plus tôt, la première métrique de qualité, Q3D, représente la qualité d'une simple reconstruction. Pour la calculer, on évalue

Qi pour toutes les valeurs de i et on garde celle qui offre un coefficient maximal. La

reconstruction est donc comparée à toutes les reconstructions de référence pour déterminer le coefficient Dice maximal. C'est ce coefficient qui correspond à Q3D.

La seconde métrique, Q4D, permet quant à elle de définir la qualité pour une reconstruction

3D+t. En somme, on calcule Q3D pour chacune des reconstructions et on en calcule la

moyenne. Cette valeur est ainsi la moyenne du coefficient Dice maximal pour chacune des reconstructions. L'équation de Q4D est donc la suivante.

( , . . , ) = 1 _∈ ( )

∈

(2.25) De plus, comme l'utilisation dans un contexte interventionnel est l'un des objectifs premiers de l'étude, le temps d'exécution est également une métrique observée. Cette métrique est calculée pour chacune des étapes de la méthodologie pour s'assurer qu'aucun goulot d'étranglement n'est présent dans un algorithme.

2.3.3 Plans d'expérience

On définit dans cette sous-section les différents plans d'expérience pour réaliser la validation et le calcul des résultats des différents algorithmes. Pour la segmentation multi-échelles, on

évalue la méthode grâce à toutes les données de la séquence biplan ainsi que toutes les vues de la séquence rotationnelle de CAVAREV. De cette façon, on teste la méthode sur plus de 200 vues séparées en régions. Comme la région est l'unité de comparaison, la quantité de vues est suffisante pour obtenir un nombre suffisant d'échantillons à classifier. Par exemple, avec une image de 960² pixels et des régions de 16² pixels, on obtient un total de 3600 régions. De plus, comme on emploie également la séquence de CAVAREV, on s'assure de la capacité de généralisation de l'algorithme puisque l'acquisition est faite de façon différente. Les paramètres d'acquisition étant différents, le contraste et l'intensité des angiographies sont différents. L'évaluation de la méthode avec plusieurs ensembles de données permet donc de confirmer ces variations n'impactent pas les résultats de manière significative.

La compensation de mouvement respiratoire est testée à l'aide des deux ensembles de données du fantôme coronaire CAVAREV. Comme on possède un ensemble avec mouvement et l'autre sans mouvement, la métrique de qualité calculée est objective puisqu'il y a aucune reconstruction manuelle à effectuer. La robustesse des résultats est ainsi assurée.

Pour évaluer la reconstruction 3D+t, plusieurs expériences différentes sont effectuées. D'abord, on effectue des reconstructions sur l'ensemble des données de CAVAREV sans mouvement et on compare sur les modèles de référence fournis. Ceci permet d'évaluer l'approche en isolant la méthode de reconstruction sans avoir d'erreurs potentiellement ajoutées par la compensation de mouvement. On effectue ensuite les mêmes reconstructions avec l'ensemble de données avec mouvement respiratoire, permettant ainsi d'évaluer d'une part si les résultats sont efficaces puis d'autre part de déterminer si la compensation de mouvement est adéquate. En plus des modèles 3D, on évalue également la qualité des correspondances 2D des pixels entre la vue de référence et la vue de comparaison. La méthode de reconstruction détermine la correspondance optimale pour chaque pixel, que l'on compare avec la vraie correspondance identifiée manuellement. En résulte ainsi une distance d'erreur pour chaque pixel apparié. On évalue ces distances dans les ensembles de données avec et sans mouvement respiratoire.