Littérature scientifique sur le sujet « Cartographie radiologique »

Introduction : Le but de notre étude est de fournir une cartographie des sites implantaires au niveau de la gencive attachée autour de la première molaire maxillaire pouvant servir à la pose des mini-vis à visée orthodontique. Méthode : 58 examens radiographiques issus de la technique cone beam (NewTom 3G®) sont examinés. Pour chaque espace interdentaire, entre 5/6 et entre 6/7, sont étudiées la largeur osseuse mésio-distale et la profondeur osseuse vestibulo-linguale à deux hauteurs différentes L1 et L2, qui correspondent respectivement aux bornes inférieure et supérieure de la gencive attachée dans la population générale. Résultats : Les largeurs interdentaires varient peu entre L1 et L2 et leurs variances sont comparables. Au niveau de l’espace 5/6, les largeurs interdentaires suivent une distribution gaussienne, ce qui permet de déterminer des intervalles de confiance aux deux bornes de la gencive attachée en fonction de l’âge : IC99% sur L1 = [2,045; 3,462] de 12 à 17 ans ou [1,594; 2,519] de 18 à 24 ou [1,613; 2,5] de 25 à 48 ans et IC99% sur L2 = [2,37; 3,69] de 12 à 17 ans ou [1,5; 2,613] de 18 à 24 ou [1,546; 2,619] de 25 à 48 ans. Les profondeurs interdentaires augmentent en direction apicale et leur variance diminue. Même si l’adéquation à la loi gaussienne est moins bonne que dans le sens sagittal, nous retrouvons une plus grande constance des profondeurs au niveau de l’espace 5/6, ce qui nous permet là aussi d’établir des intervalles de confiance très précis : IC99% sur L1 = [9,213; 10,575] et IC99% sur L2 = [10,295; 11,593]. Conclusion : Les régions mésiales de la première molaire constituent donc des zones de sûreté à condition d’utiliser, selon que le niveau de gencive attachée est faible ou important, des mini-vis de diamètre maximum 2–2,3 mm de 12 à 17 ans ou 1,5–1,6 mm de 18 à 48 ans et de maximum 9–10 mm de longueur. Les aires distales de la première molaire, du fait de leur grande variabilité, nécessitent une étude radiologique personnalisée.

Définition : Le « défaut primaire d’éruption » (DPE), parfois aussi appelé « échec primaire d’éruption », désigne l’absence d’éruption partielle ou totale d’un germe non-ankylosé. Elle est due à une perturbation du mécanisme d’éruption. Le processus moléculaire conduisant à ce dysfonctionnement n’est pas connu à ce jour. Échantillon et méthodes : Quatre familles ont été étudiées. Dans chacune, au moins deux individus étaient affectés d’un défaut primaire d’éruption (DPE) non syndromique. Un diagnostic radiologique (panoramique) a été conduit sur tous les patients et les membres de leur famille qui n’étaient pas affectés (groupe contrôle). L’analyse génétique comprenait une analyse de liens pangénomique suivie d’un séquençage direct de l’ADN avec une cartographie des gènes candidats positionnels. Résultats : En partant des patients affectés, nous sommes parvenus à reconstituer des pédigrées sur deux ou trois générations dans les familles avec une transmission du défaut primaire d’éruption non syndromique selon un mode autosomique dominant. Quinze patients atteints de DPE ont été diagnostiqués. La distribution selon le genre s’est révélée pratiquement égale (7 femmes et 8 hommes). L’analyse génétique moléculaire du gène PTHR1 révèle trois mutations hétérozygotes (c.1050-3C>G ; c.543 + 1G>A ; c.463G>T). Aucune mutation n’a été trouvée chez les personnes non affectées. Conclusion : La connaissance des causes génétiques du DPE non syndromique peut maintenant être utilisée pour effectuer un diagnostic différentiel en cas de défaut d’éruption. Elle permet d’identifier très tôt les membres d’une famille qui sont touchés et pourrait, à long terme, déboucher sur de nouvelles possibilités de traitement. Le diagnostic génétiquement validé de défaut primaire d’éruption peut soustraire les patients et leurs orthodontistes à des années de tentatives de tractions vouées à l’échec, car le traitement orthodontique seul n’est pas une solution valable. Au contraire, il produit des effets iatrogènes sur les dents d’ancrage non affectées et sur les maxillaires.

Objectifs : Cette étude a pour but d’établir une cartographie territoriale complète et détaillée des salles de radiologie présentes sur un « Groupement Hospitalier de Territoire (GHT) », aussi bien pour la qualité d’image que pour la dosimétrie des radiographies du thorax et de l’ASP. Matériels et méthodes : Sur les différentes installations du GHT, la mesure du kerma dans l’air incident (Ki) et l’évaluation de la qualité d’image à l’aide de l’objet test TOR 18-FG ont été réalisées sur un fantôme de PMMA simulant l’atténuation d’un patient de gabarit standard. Une étude rétrospective complémentaire a également permis d’évaluer la performance clinique des installations. Résultats : L’engagement territorial a permis de recueillir des données pour 23 salles de radiologie au total. Pour la partie dosimétrique, il existe des facteurs 10,3 ; 8,6 et 8,2 entre les valeurs extrêmes des Ki respectivement pour les radiographies « ASP debout » (Abdomen Sans Préparation), « ASP couché » et « Thorax de face ». Concernant la qualité d’image, les disparités observées sont beaucoup plus faibles et semblent plus liées à la technologie de détection. Conclusion : Le travail effectué a permis de mettre en évidence des variations considérables concernant la dosimétrie des radiographies étudiées. Si le paramétrage des protocoles est souvent à l’origine de ces différences, les utilisateurs ont également un rôle majeur dans la radioprotection des patients.

Dans le cadre des activités de maintenance, de décontamination et de démantèlement d’installations nucléaires, il est nécessaire d’effectuer un état des lieux précis des structures potentiellement contaminées ou activées, préalablement à toute intervention. Pour des raisons économiques, cet état des lieux doit être le plus souvent réalisé dans un temps court. Par ailleurs, il est généralement effectué par un opérateur, dont le temps d’exposition aux rayonnements doit être minimisé. Une des difficultés récurrentes réside dans l’éventuelle obsolescence ou de l’inexistence des plans, et dans le cas d’investigations en intérieur, de la perte de signaux GPS, et de la difficulté d’employer des systèmes de localisations externes et pré-calibrés. En effet, l’état des lieux est obtenu en couplant une cartographie de l’environnement avec des mesures nucléaires destinées à évaluer le niveau de radiations dans les lieux étudiés. Dans ce cadre, il est nécessaire de disposer d’un instrument portatif permettant de délivrer une cartographie radiologique et topographique la plus exhaustive possible des locaux afin d’établir des scénarii d’intervention. Afin de minimiser le temps d’exposition de l’opérateur, il est essentiel que les données acquises soient exploitables en temps réel. Ce type d’instrument doit permettre de procéder à des interventions complexes et doit fournir les meilleures prévisions dosimétriques afin d’optimiser les temps d’intervention lors du démantèlement ainsi que la gestion des éventuels déchets. À ces fins, Areva STMI a développé un système autonome de positionnement et de calcul de déplacement de sondes de mesures nucléaires en temps-réel basé sur les techniques de SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). Ces développements ont conduit au dépôt d’un brevet. Ce travail de thèse a consisté à poursuive cette étude, et en particulier à décomposer l’ensemble des sous-systèmes, à poursuivre les développements inhérents à la fusion de données topographiques et radiologiques, à proposer des moyens d’optimisation, et à poser les bases d’une technique d’analyse, en temps réel, des incertitudes associées. Les méthodes SLAM utilisent l’odométrie visuelle qui peut reposer sur la capture d’images à l’aide de caméras RGB-D (caméras de type Microsoft Kinect®). Le processus d’acquisition délivre une carte tridimensionnelle contenant la position et l’orientation en 3D des appareils de mesure ainsi que les mesures elles-mêmes (débit de dose et spectrométrie gamma CZT) sans implication d’infrastructure préexistante. Par ailleurs, des méthodes de détections de sources basées sur les techniques d’interpolation spatiale et de rétroprojection de signal en « proche temps-réel » ont été développées. Ainsi, il est possible d’évaluer la position des sources radioactives dans l’environnement acquis. Il est ainsi possible de calculer rapidement des cartes de son état radiologique sans délai après l’acquisition. La dernière partie de ce travail a consisté à poser les bases d’une méthode originale pour l’estimation, en proche temps réel, de la précision des résultats issus de la chaîne d’acquisition et de traitement. Cette première approche nous a permis de formuler l’évaluation et la propagation des incertitudes tout au long de cette chaîne d’acquisition en temps réel, afin d’évaluer les méthodes que nous avons employées en termes de précision et de fiabilité de chaque acquisition réalisée. Enfin, une phase de benchmark permet d’estimer les résultats par rapport à des méthodes de référence
In the field of nuclear related activities such as maintenance, decontamination and dismantling status reports of potentially contaminated or activated elements are required beforehand. For economic reasons, this status report must be quickly performed. So as to be done quickly, the operation is realized by an operator, and his exposure time must be reduced as much as possible. Concerning indoor environments, it can be hard to make such investigations due to out-of-date plans or maps, loose of GPS signal, pre-positioning of underlying or precalibrated systems. Indeed, the premises status report is obtained by coupling nuclear measurements and topographical mapping. In such kind of situation it is necessary to have a portative instrument that delivers an exhaustive radiological and topographical mapping in order to deliver a decision support concerning the best intervention scenario to set up as fast as possible. Furthermore, and so as to reduce operator’s exposure time, such kind of method must be usable in real time. This method enables to proceed to complex intervention within the best radiological previsions for optimizing operator’s exposition time and waste management. In this goal, Areva STMI then developed a nuclear measurement probes autonomous positioning and motion estimation system based on visual SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). These developments led to apply a patent. This thesis consisted in pursuing this survey, especially decomposing all the underlying systems, continuing the data fusion developments, proposing optimisations, and setting the basis of a real-time associated uncertainties analysis. SLAM based on visual odometry can be performed with RGB-D sensor (Microsoft Kinect®-like sensors). The acquisition process delivers a 3D map containing radiological sensors poses (positions and orientations in 3D) and measurements (dose rate and CZT gamma spectrometry) without any external signal or device. Moreover, a few radioactive sources localization algorithms based on geostatistics and back projection of measurements can also be performed in near real-time. It is then possible to evaluate the position of radioactive sources in the scene and compute fast radiological mappings of premises close to the acquisition. The last part of this work consisted in developing an original method for real-time evaluation of the process chain and results accuracies. The evaluation of uncertainties and their propagation along the acquisition and process chain in real-time provide feedbacks on employed methods for investigations or intervention processes and enable to evaluate the reliability of acquired data. Finally, a set of benchmarks has been performed in order to estimate the results quality by comparing them to reference methods

Dans le cadre des opérations de démantèlement, l'établissement d'une cartographie radiologique précise est essentiel, car cela facilite l'identification des zones présentant des niveaux de rayonnement élevés. Cette tâche repose principalement sur les opérateurs de radioprotection qui quadrillent les zones à contrôler et réalisent des mesures aux positions correspondantes. Néanmoins, cette méthode manuelle est sujette à des erreurs humaines, peut être physiquement épuisante pour les opérateurs et les exposer à des environnements potentiellement contaminés. Par conséquent, la littérature explore progressivement des approches alternatives, comme l'intégration de mesures radiologiques avec des techniques de localisation et de cartographie simultanées (SLAM). Ces techniques offrent la capacité de cartographier l'environnement et de déterminer l'emplacement d'un capteur sans recourir aux systèmes GPS ou GNSS, généralement inopérants dans les installations nucléaires intérieures. Cependant, les solutions incorporant le SLAM dans la littérature sont souvent limitées à la localisation d'un seul type de mesure nucléaire, présentent un encombrement conséquent (dimensions et poids), et nécessitent une étape de post-traitement. En réponse à ces limitations, cette thèse propose le développement d'un dispositif modulaire pour la reconstruction et localisation 3D de mesures radiologiques, avec la volonté d'identifier l'algorithme SLAM le plus adapté au cadre du démantèlement embarqué. Sachant que la littérature présente un large éventail d'algorithmes SLAM et d'odométrie, sélectionner le plus fiable pour la reconstruction des installations nucléaires n'est pas chose aisée. Pour répondre à cette question, une révision de la littérature des algorithmes visuel-SLAM a été menée. Par la suite, ces algorithmes ont été évalués quant à leur résilience dans les conditions rencontrées dans les environnements en démantèlement. Cinq algorithmes ont été retenus pour être mis en œuvre parmi la gamme d'algorithmes identifiés, chacun ayant le potentiel de produire des performances satisfaisantes dans le contexte de cette thèse. Les algorithmes sélectionnés comprennent les Direct Sparse Odometry (DSO), Visual-Inertial Direct Sparse Odometry (VI-DSO), Large Scale Direct Monocular SLAM (LSD-SLAM), Semi-direct Visual Odometry (SVO), and Visual Inertial Semi-direct Visual Odometry (VI-SVO). Pour permettre leur comparaison, un nouvel ensemble de données représentant les caractéristiques des opérations de cartographie radiologique a été conçu. Cet ensemble de données a été créé à partir d'un nouveau prototype intégrant des images stéréo et des données inertielles, sphériques et radiologiques. Il a permis l'analyse comparative des algorithmes en tenant compte de leur précision de localisation et cartographie, de leur embarquabilité et de leur capacité à localiser les points chauds. Le VI-SVO a présenté les erreurs moyennes les plus faibles pour la localisation et une performance équivalente aux autres algorithmes pour la cartographie. Le VI-DSO s'est avéré être l'algorithme le plus approprié pour une implémentation embarquée. Contrairement au VI-SVO, cet algorithme n'a pas pu traiter toutes les séquences de l'ensemble des données. Parmi les algorithmes évalués, le VI-SVO a été le seul à traiter avec succès toutes les séquences et à localiser les zones de contamination. Il est donc l'algorithme le plus approprié pour la cartographie radiologique
In the context of the Dismantling and Decommissioning processes, establishing a precise radiological mapping is essential, as it facilitates the identification of areas with elevated radiation levels. This task predominantly relies on manual procedures performed by radiation protection operators, who construct matrices and allocate the measurements to their corresponding spatial positions. Nonetheless, this conventional method is more susceptible to human errors, can be physically exhausting for the operators, and expose them to potentially contaminated environments. Consequently, the literature is progressively exploring alternative approaches, as the integration of radiological measurements with Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) techniques. SLAM technology offers the capability to concurrently mapping the surrounding environment and determining the location of a sensor, without the reliance on GPS or GNSS systems, which are typically non-functional within indoor nuclear facilities. Nevertheless, existing SLAM solutions in the literature are often limited to the localization of one type of nuclear measurement, tend to be cumbersome in design, and require post-processing procedures. In response to these limitations, this thesis proposes the development of a modular device for online 3D environment reconstruction and radioactivity measurement localization, focusing on the identification of the most appropriate SLAM algorithm in the context of embedded nuclear dismantling. While the literature presents an array of SLAM and odometry algorithms, selecting the most robust one for reconstructing nuclear facilities is not straightforward. To address this concern, a comprehensive review of state-of-the-art visual-sensor-based SLAM algorithms was conducted. Subsequently, these algorithms were critically evaluated concerning their resilience in the specific conditions encountered in dismantling environments. Five were chosen for implementation from the array of identified algorithms, each with the potential to yield satisfactory performance in the context of nuclear facility reconstruction. These selected algorithms include Direct Sparse Odometry (DSO), Visual-Inertial Direct Sparse Odometry (VI-DSO), Large Scale Direct Monocular SLAM (LSD-SLAM), Semi-direct Visual Odometry (SVO), and Visual Inertial Semi-direct Visual Odometry (VI-SVO). A novel dataset was conceived in the frame of this thesis to facilitate a comparative assessment. This dataset aims to accurately represent the characteristics of radiological mapping operations within nuclear facilities. This dataset was conceived using a new handheld prototype integrating stereo images and inertial, spherical, and radiological data. The proposed dataset allowed the benchmarking of the algorithms considering algorithms' tracking and mapping accuracies, embeddability, and ability to locate hotspots. The VI-SVO presented the lowest average errors for the tracking and an equivalent performance as the other algorithms for the mapping. The VI-DSO has been demonstrated to be the most suitable algorithm for an embedded implementation. However, unlike the VI-SVO, this algorithm could not process all the real-case sequences. Among the evaluated algorithms, the VI-SVO was the only one to successfully process all the sequences in the dataset and localize the contamination data, being the most suitable algorithm for the radiological mapping

Le manuscrit suivant porte sur le développement d’une méthodologie de cartographie de la susceptibilité magnétique. Cette méthodologie a été appliquée au niveau des seins à des fins de détection de microcalcifications. Afin de valider ces algorithmes, un fantôme numérique ainsi qu’un fantôme réel ont été créés. À l’aide de ces images, les paramètres modifiables de notre méthodologie ont été ajustés. Par la suite, les problèmes reliés à l’imagerie du sein ont été explorés, tel la présence de gras ainsi que la proximité des poumons. Finalement, des images in vivo, acquises à 1.5 et 7.0 Tesla ont été analysées par notre méthodologie. Sur ces images 1.5T, nous avons réussi à observer la présence de microcalcifications. D’un autre côté, les images 7.0T nous ont permis de présenter un meilleur contraste que les images standards de magnitude.
The following manuscript is about the development of a methodology called quantitative susceptibility mapping. This methodology was applied to the breast with the purpose of detecting microcalcifications. To validate these algorithms, a digital phantom and a water phantom were created. Using these images, adjustable parameters were adjusted on our methodology. Thereafter, problems related to breast imaging, like the presence of fat and the proximity of the lungs, were explored. Finally, in vivo images, acquired at 1.5 and 7.0 Tesla were analyzed by our methodology. On these 1.5T images, we successfully observed the presence of microcalcifications. On the other hand, the 7.0T images allowed us to provide a better contrast than the standard magnitude images.