Projet de fin d’étude Conception d’un environnement d’imagerie médicale pour la radiothérapie à partir de DICOM-RT Département informatique Stéphane Hlavacek 2006 / 2007

2 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Présentation du PFE Contexte : Département de radiothérapiedu CLB Sujet : Développement d’un pont applicatif recherche – clinique Tuteurs : David Sarrut – Marian Scuturici Clinique Recherche Physiciens médicaux Médecins Informaticiens Acquisitions Plans de traitement Imagerie Traitement de données Dose Image de dose Visualisation Dose Image de dose traitée PONT APPLICATIF Outils développés en interne ITK - CLITK Format DICOM CMS XiO

3 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Sommaire Introduction Introduction Entreprise, projetEntreprise, projet Plan de traitement et distribution de dose Plan de traitement et distribution de dose Déroulement du projet Déroulement du projet Gestion du temps Gestion du temps Conclusions Conclusions

4 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Introduction

5 Contexte Service de radiothérapie du centre Léon Bérard Service de radiothérapie du centre Léon Bérard 85 jours 85 jours 23 novembre 2006  15 juin novembre 2006  15 juin 2007 Encadrants Encadrants David Sarrut : chercheur, détaché au CLBDavid Sarrut : chercheur, détaché au CLB Marian Scuturici : Enseignant INSA de LyonMarian Scuturici : Enseignant INSA de Lyon

6 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 L’entreprise (1/2) Centre de lutte contre le cancer Léon Bérard : Centre de lutte contre le cancer Léon Bérard : Privé, d’intérêt publicPrivé, d’intérêt public Centre régionalCentre régional Traitement du cancer :Traitement du cancer : Chirurgie Chirurgie Chimiothérapie Chimiothérapie Radiothérapie Radiothérapie Radiothérapie Accélérateur linéaire Émission de rayon à haute énergie Focalisation sur la tumeur Épargner les cellules saines Planification du traitement Distribution de dose

7 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 L’entreprise (2/2) Le service radiothérapie Le service radiothérapie PluridisciplinairePluridisciplinaire Physiciens médicaux Physiciens médicaux Médecins Médecins Informaticiens Informaticiens Deux pôlesDeux pôles Clinique Clinique Recherche Recherche

8 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Objectifs Établir un pont applicatif clinique – recherche Établir un pont applicatif clinique – recherche Stockage des données de dose en clinique?Stockage des données de dose en clinique? Lecture de ces données en clinique?Lecture de ces données en clinique? Compléter la librairie développée au laboCompléter la librairie développée au labo Outils Outils Classes utilitaires Classes utilitaires Tests Tests DocumenterDocumenter

9 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Environnement Librairie ITK (Insight Tool Kit) Librairie ITK (Insight Tool Kit) Recalage et segmentation d’imagesRecalage et segmentation d’images Open sourceOpen source Très utiliséeTrès utilisée Librairie CLITK Librairie CLITK Surcouche d’ITK développée en interneSurcouche d’ITK développée en interne Plus de généricitéPlus de généricité Poste Linux (SUSE) Poste Linux (SUSE) Développement en C++ Développement en C++

10 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Plan de traitement et distribution de dose

11 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Plan de traitement Image 3D Scanner Acquisition des images CT Traçage des contours Création du plan de traitement Distribution de dose Médecins manipulateurs Médecins Phyisicens dosimétriste

12 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Distribution de dose (1/2) Boîte de calcul Boîte de calcul 1 point (de calcul) = 1 valeur de dose (en Gy) Résolution plus grossière que l’image patient Stockée sous forme de matrice Pas centrée sur le patient

13 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Distribution de dose (2/2) 3 perspectives 3 perspectives Antérieur - postérieurTête - pied Gauche - droite Lecture séquentielle = Tête - pied

14 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Déroulement du projet

15 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Déroulement du projet Initialisation Initialisation Initialisation Veille documentaire : DICOM-RT, isodoseVeille documentaire : DICOM-RT, isodose 2 synthèses bibliographiques : radiothérapie et isodoses Dossier d’initialisation Étude de l’existant Librairie ITK : documentation Librairie CLITK : étude du code Procédures de radiothérapie : visites, entretiens avec les physiciens Documentation : lecture du WIKI

16 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Déroulement du projet Besoins Analyse des besoins Analyse des besoins Pont applicatifPont applicatif Côté dosimétrie : récupérer les données modifiées par la rechercheCôté dosimétrie : récupérer les données modifiées par la recherche Côté recherche :Côté recherche : Extraire la dose Extraire la dose La stocker sous un format exploitable La stocker sous un format exploitable La localiser dans le patient (translation) La localiser dans le patient (translation) Outils de vérification / visualisation Outils de vérification / visualisation

17 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Déroulement du projet Investigation (1/2) Phase la plus longue : tout est à découvrir Phase la plus longue : tout est à découvrir Recherche d’indices au hasard Recherche d’indices au hasard Plusieurs pistes : Plusieurs pistes : DICOM-RT rapidement abandonnéeDICOM-RT rapidement abandonnée Fichiers XiOFichiers XiO Format complexe Format complexe Procédure de lecture Fortran Procédure de lecture Fortran

18 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Déroulement du projet Investigation (2/2) Format des fichiers de dose Format des fichiers de dose Binaire ASCII Nombre de points Décalage au 0 du patient (mm) Taille (mm) Matrice de dose + d’autres infos

19 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Développement Classes utilitaires Classes utilitaires Exécutables Exécutables Tests Tests

20 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Classes utilitaires CMSDoseData CMSDoseData Stockage des données du fichier doseStockage des données du fichier dose Dose : matrice 3DDose : matrice 3D Méthodes d’affichageMéthodes d’affichage CMSDoseFileReader CMSDoseFileReader Parcours de fichier de doseParcours de fichier de dose Remplissage de CMSDoseDataRemplissage de CMSDoseData Big endian / little endianBig endian / little endian

21 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Classes utilitaires CMSDoseFileWriter CMSDoseFileWriter Crée un nouveau fichier de doseCrée un nouveau fichier de dose Image Image Fichier de dose référence Fichier de dose référence Méthode Write()Méthode Write() Copie le fichier en entier Copie le fichier en entier Modifie uniquement la matrice de fin Modifie uniquement la matrice de fin Conversion little endian / big endian Conversion little endian / big endian

22 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Exécutables clitkCMSDoseToImage clitkCMSDoseToImage Extraction de la boîte de calculExtraction de la boîte de calcul Stockage sous forme d’image 3D (format au choix)Stockage sous forme d’image 3D (format au choix) Utilisation de CMSDoseFileReaderUtilisation de CMSDoseFileReader Image de dose traitée Clinique Recherche Physiciens médicaux Médecins Informaticiens Dose Image de dose Visualisation Dose PONT APPLICATIF

23 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Exécutables clitkImageToDose clitkImageToDose Crée un fichier de dose avec :Crée un fichier de dose avec : Fichier de dose référence Fichier de dose référence Image 3D de boîte de calcul Image 3D de boîte de calcul Utilisation de CMSDoseFileWriterUtilisation de CMSDoseFileWriter Image de dose traitée Clinique Recherche Physiciens médicaux Médecins Informaticiens Dose Image de dose Visualisation Dose PONT APPLICATIF

24 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Exécutables clitkDoseTranslation clitkDoseTranslation Origine boîte de calcul : coin supérieur gaucheOrigine boîte de calcul : coin supérieur gauche Nouvelle origine : quelque part dans le repère patientNouvelle origine : quelque part dans le repère patient Calcul automatiqueCalcul automatique Décalage de la boîte de calcul pour être « réelle » Décalage dans le plan X-Y (tête - pied)

25 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Exécutables Image de dose traitée Clinique Recherche Physiciens médicaux Médecins Informaticiens Dose Image de dose Visualisation Dose PONT APPLICATIF

26 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Exécutables clitkCMSDoseExtractor clitkCMSDoseExtractor Séquence complète clinique – rechercheSéquence complète clinique – recherche clitkCMSDoseToImage clitkCMSDoseToImage clitkDoseTranslation clitkDoseTranslation Automatisé (résolution, translation…)Automatisé (résolution, translation…) Image de dose traitée Clinique Recherche Physiciens médicaux Médecins Informaticiens Dose Image de dose Visualisation Dose PONT APPLICATIF

27 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Exécutables clitkDoseImageToCMSFile clitkDoseImageToCMSFile Séquence complète recherche – cliniqueSéquence complète recherche – clinique Translation inverse Translation inverse clitkImageToDose clitkImageToDose AutomatiséAutomatisé Sous échantillonnage : filtrage gaussien Sous échantillonnage : filtrage gaussien Calcul de translation Calcul de translation Image de dose traitée Clinique Recherche Physiciens médicaux Médecins Informaticiens Dose Image de dose Visualisation Dose PONT APPLICATIF

28 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Exécutables clitkImageOverlap clitkImageOverlap Mélange de deux images avec transparenceMélange de deux images avec transparence Fenêtrage des valeursFenêtrage des valeurs Écriture coupe par coupeÉcriture coupe par coupe Modes couleur / niveau de grisModes couleur / niveau de gris

29 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Pont applicatif Image de dose traitée Clinique Recherche Physiciens médicaux Médecins Informaticiens Dose Image de dose Visualisation Dose PONT APPLICATIF clitkImageOverlap clitkCMSDoseToImage clitkDoseTranslation clitkCMSDoseExtractor clitkImageToCMSDose clitkImageToDose

30 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Tests Outils de test Outils de test clitkCMSSliceExtractorclitkCMSSliceExtractor Comparaison de coupes Comparaison de coupes Extraction dans image 3D ou 2D Extraction dans image 3D ou 2D clitkImageOverlapclitkImageOverlap Comparaisons de valeurs de doseComparaisons de valeurs de dose Comparaisons par rapport aux attentesComparaisons par rapport aux attentes

31 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Gestion du temps Déroulement moins linéaire Phase d’investigation bien planifiée Phase de développement plus courte et tests plus longs Projet scientifique différent Fin avant temps plein Développement et tests 1 par 1

32 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Gestion qualité Code Code CVSCVS Guide de styleGuide de style Documentation (en anglais) Documentation (en anglais) Code commentéCode commenté WIKI (reprend la doc CLITK)WIKI (reprend la doc CLITK)

33 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Conclusion Professionnellement Professionnellement Rigueur, précisionRigueur, précision Objectifs atteintsObjectifs atteints Planification satisfaisantePlanification satisfaisante Personnellement Personnellement Monde de la rechercheMonde de la recherche Radiothérapie – imagerie médicaleRadiothérapie – imagerie médicale

34 PFE - Stéphane Hlavacek /2007 Remerciements David Sarrut et toute l’équipe du CLB David Sarrut et toute l’équipe du CLB Marian Scuturici Marian Scuturici Papa et maman sans qui je ne serais pas là ;) Papa et maman sans qui je ne serais pas là ;) Merci pour votre attention