Thesis by HUGHES Cecilia
3D registration of prostate histology slices with MR images
Defended on 27 may 2013
Prostate cancer is the most frequently diagnosed cancer of men in Europe, yet no current imaging technique is capable of detecting with precision tumours in the prostate. The histology slices are the gold standard for the diagnosis. Therefore, in order to evaluate each imaging technique, the histology slices must be precisely registered to the imaged data. As it cannot be assumed that the histology slices are cut along the same plane as the imaged data is acquired, the registration must be considered as a 3D problem. An apparatus has been developed that enables internal fiducial markers to be created in the histology slices in a rapid and standardised manner. An algorithm has been developed that automatically detects and identifies these markers, enabling the alignment of the histology slices. The method has been tested on 10 prostate specimens, with 19.2 slices on average per specimen. The accuracy of the alignment at the fiducial markers was on average 0.18 ± 0.13 mm. A second algorithm was developed to 3D register the aligned histology slices with the MR images. The registration is designed to be guided by the ejaculatory ducts, an anatomical landmark present in every prostate and visible in both histology and MR images acquired at standard clinical resolution. The algorithm was first tested by using the fiducial needles to guide the registration. The average registration accuracy was 0.45 ± 0.25 mm at the fiducial needles and 1.04 ± 0.21 mm at the ejaculatory ducts. The algorithm was then tested by using the ejaculatory ducts to guide the registration. The average registration accuracy was 0.16±0.05 mm at the ejaculatory ducts and 2.82 ± 0.41 mm at the fiducial needles. The results suggest that the histology shrinkage factor is of the order 1.07 ± 0.03 and the tilt of the histology slicing plane is 13.6° ± 9.61°, with both parameters showing significant variance.
Méthode de mise en correspondance tridimensionnelle entre des coupes IRM de la prostate et les coupes histologiques des pièces de prostatectomie
Soutenue le 27 May 2013
Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquent chez l’homme en Europe, néanmoins il n’existe actuellement pas de technique d’imagerie permettant de détecter avec précision les tumeurs dans la glande. Sachant que les coupes histologiques contiennent la réalité de terrain concernant le diagnostic, il est nécessaire de recaler les images de chaque technique d’imagerie aux coupes histologiques afin de pouvoir les évaluer. De plus, comme il n’existe pas de méthode permettant de contrôler précisément le plan de coupe histologique, le recalage doit être considéré comme un problème 3D. Un dispositif permettant de réaliser, de manière rapide et standardisée, des marqueurs internes dans les coupes histologiques a été développé, de même qu’un algorithme permettant de détecter automatiquement ces marqueurs, de les identifier et d’aligner les coupes histologiques. La méthode a été testée sur 10 prostates, avec en moyenne 19.2 coupes par prostate, et a permis d’obtenir une précision de recalage moyenne de 0.18 ± 0.13 mm au niveau des marqueurs. Un deuxième algorithme a été développé pour recaler les coupes histologiques, une fois alignées, avec les images IRM. Ce recalage a été conçu pour être guidé par les canaux éjaculateurs, un repère anatomique présent dans chaque prostate et visible à la fois en histologie et dans les images IRM cliniques, acquises avec une résolution standard. L’algorithme a d’abord été testé en s’appuyant sur les marqueurs artificiels. La précision obtenue pour le recalage était en moyenne de 0.45 ± 0.25 mm au niveau des marqueurs et de 1.04 ± 0.21 mm au niveau des canaux éjaculateurs. L’algorithme a enfin été testé en guidant le recalage à l’aide de la position des canaux éjaculateurs. La précision moyenne obtenue était alors de 0.16 ± 0.05 mm au niveau des canaux éjaculateurs et de 2.82 ± 0.41 mm au niveau des marqueurs. Ces résultats suggèrent une valeur du facteur de rétrécissement de l’ordre de 1.07 ± 0.03 et une inclinaison vis à vis du plan de coupe histologique de l’ordre de 13.6° ± 9.61°, avec une variance importante pour ces deux paramètres.
Defended on 27 may 2013
Prostate cancer is the most frequently diagnosed cancer of men in Europe, yet no current imaging technique is capable of detecting with precision tumours in the prostate. The histology slices are the gold standard for the diagnosis. Therefore, in order to evaluate each imaging technique, the histology slices must be precisely registered to the imaged data. As it cannot be assumed that the histology slices are cut along the same plane as the imaged data is acquired, the registration must be considered as a 3D problem. An apparatus has been developed that enables internal fiducial markers to be created in the histology slices in a rapid and standardised manner. An algorithm has been developed that automatically detects and identifies these markers, enabling the alignment of the histology slices. The method has been tested on 10 prostate specimens, with 19.2 slices on average per specimen. The accuracy of the alignment at the fiducial markers was on average 0.18 ± 0.13 mm. A second algorithm was developed to 3D register the aligned histology slices with the MR images. The registration is designed to be guided by the ejaculatory ducts, an anatomical landmark present in every prostate and visible in both histology and MR images acquired at standard clinical resolution. The algorithm was first tested by using the fiducial needles to guide the registration. The average registration accuracy was 0.45 ± 0.25 mm at the fiducial needles and 1.04 ± 0.21 mm at the ejaculatory ducts. The algorithm was then tested by using the ejaculatory ducts to guide the registration. The average registration accuracy was 0.16±0.05 mm at the ejaculatory ducts and 2.82 ± 0.41 mm at the fiducial needles. The results suggest that the histology shrinkage factor is of the order 1.07 ± 0.03 and the tilt of the histology slicing plane is 13.6° ± 9.61°, with both parameters showing significant variance.
Méthode de mise en correspondance tridimensionnelle entre des coupes IRM de la prostate et les coupes histologiques des pièces de prostatectomie
Soutenue le 27 May 2013
Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquent chez l’homme en Europe, néanmoins il n’existe actuellement pas de technique d’imagerie permettant de détecter avec précision les tumeurs dans la glande. Sachant que les coupes histologiques contiennent la réalité de terrain concernant le diagnostic, il est nécessaire de recaler les images de chaque technique d’imagerie aux coupes histologiques afin de pouvoir les évaluer. De plus, comme il n’existe pas de méthode permettant de contrôler précisément le plan de coupe histologique, le recalage doit être considéré comme un problème 3D. Un dispositif permettant de réaliser, de manière rapide et standardisée, des marqueurs internes dans les coupes histologiques a été développé, de même qu’un algorithme permettant de détecter automatiquement ces marqueurs, de les identifier et d’aligner les coupes histologiques. La méthode a été testée sur 10 prostates, avec en moyenne 19.2 coupes par prostate, et a permis d’obtenir une précision de recalage moyenne de 0.18 ± 0.13 mm au niveau des marqueurs. Un deuxième algorithme a été développé pour recaler les coupes histologiques, une fois alignées, avec les images IRM. Ce recalage a été conçu pour être guidé par les canaux éjaculateurs, un repère anatomique présent dans chaque prostate et visible à la fois en histologie et dans les images IRM cliniques, acquises avec une résolution standard. L’algorithme a d’abord été testé en s’appuyant sur les marqueurs artificiels. La précision obtenue pour le recalage était en moyenne de 0.45 ± 0.25 mm au niveau des marqueurs et de 1.04 ± 0.21 mm au niveau des canaux éjaculateurs. L’algorithme a enfin été testé en guidant le recalage à l’aide de la position des canaux éjaculateurs. La précision moyenne obtenue était alors de 0.16 ± 0.05 mm au niveau des canaux éjaculateurs et de 2.82 ± 0.41 mm au niveau des marqueurs. Ces résultats suggèrent une valeur du facteur de rétrécissement de l’ordre de 1.07 ± 0.03 et une inclinaison vis à vis du plan de coupe histologique de l’ordre de 13.6° ± 9.61°, avec une variance importante pour ces deux paramètres.
