Caract

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Département Traitement du Signal et
Télécommunications
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés
2002 / 2003
Amélie ELKIK Hervé GARANTO Julien PORQUET
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Plan
2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Introduction
• I - Contexte médical et contraintes techniques
• II - Méthode de détection des contours
• III - Tests Pratiques
• IV - Mise en œuvre des algorithmes
• V - Présentation de linterface
• Conclusion

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Contexte médical et contraintes techniques
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• Importance des allergies
• Un français sur quatre souffre dallergies
• Situation caractéristique des pays industrialisés
• Batterie standard européenne 23 allergènes les
  plus fréquents
• Les allergies se manifestent de façons très
  variées mais technique de dépistage universelle,
  applicable à la plupart des allergies, avec une
  réaction caractéristique.

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Contexte médical et contraintes techniques
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• Principe du Prick-Test (test cutané)
• Ponction épidermo-dermique au travers d'une
  goutte de l'allergène.
• Mesure millimétrique a laide dune règle graduée
• Comparaison par rapport à des témoins positifs et
  négatifs

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Contexte médical et contraintes techniques
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• Caractérisation dune réaction allergique
• réaction cutanée avec
• Une papule
• Centre de la réaction
• En relief
• Teinte claire
• Un érythème
• Entoure la papule
• Couleur rouge

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Contexte médical et contraintes techniques
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• Objectifs du projet soumis par le docteur
  Autegarden et le service dallergologie de
  lhôpital Tenon
• Précision des mesures (mesure surfacique)
• Automatisation Rapidité Reproductibilité
• Fiabilité du résultat
• Base de données uniforme et informatisée pour le
  suivi des patients

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Contexte médical et contraintes techniques
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• Etat davancement du projet au 1er octobre 2002
• Système dacquisition des images
• boîtier caméra CCD
• Utilisation dune méthode de traitement dimage
  qui sest avérée mal adaptée
• Peu de clichés patients
• Difficultés préalables dexploitation des clichés
  
• Couleur de peau
• Pilosité
• Grains de beauté, cicatrices, hématomes
• Éclairage non uniforme de la prise de vue

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Contexte médical et contraintes techniques

• Description du dispositif de traitement

Carte Dacquisition
Traitement de limage
Sauvegarde des résultats
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Contexte médical et contraintes techniques
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• Cahier des charges et contraintes à respecter
• Traitement dimages sous MATLAB
• Algorithme de  contours actifs  (ou  snakes )
• Constitution dune base dimages pour
  lautomatisation des tests
• Réglages optimisés de la caméra clichés de
  bonne qualité
• Précision des résultats mm²

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Méthode de détection des contours
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• Théorie des contours actifs
• Principe courbe évoluant sous contrainte
  (forces internes et externes de limage),
  résolution dune équation de mouvement
• Introduite en 1988 par Kass et développée par la
  suite par Xu et Prince (1997)
• Avantages dune telle méthode
• Automatisation du traitement adaptation de
  lalgorithme à limage.
• Simple à implanter dans une interface
  homme-machine.

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Méthode de détection des contours

• Théorie des contours actifs modèle classique
• Courbe paramétrique définie par

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Méthode de détection des contours
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• Théorie des contours actifs
• Energie fonctionnelle

Convergence du snake minimisation de lénergie
fonctionnelle
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Méthode de détection des contours
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• Théorie des contours actifs
• Energie fonctionnelle
• Energie interne
• Régularise la solution pour assurer au contour
  une certaine continuité
• Limite linfluence du bruit et des oscillations .
• Energie externe
• Permet dintroduire des forces délasticité ou de
  répulsion en certains points de limage.
• Energie image
• Calcul du gradient de limage
• Met en valeur certaines caractéristiques de
  limage ( ex zone de fort contraste ).

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Méthode de détection des contours

• Energie interne
• a et ß sont des coefficients de pondération
  qui correspondent respectivement à la tension et
  à la rigidité du snake.
• Energie image

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Méthode de détection des contours
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• Inconvénient du snake classique
• Ne converge pas vers les concavités
• Sensibilité à linitialisation
• Choix du GVF (Gradient Vector Flow)
• Meilleure convergence vers les concavités
• Moins sensible à linitialisation
• Plus adapté à de vraies images bruitées

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Méthode de détection des contours
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• Choix du GVF
• Principe
• Carte des contours f(x,y) dérivée de limage
  I(x,y)

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Méthode de détection des contours

• Choix du GVF
• Le GVF est défini comme étant le champ de
  vecteurs v(x,y) (u(x,y),v(x,y)) minimisant
  lénergie fonctionnelle

µ paramètre régularisant.
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Méthode de détection des contours
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• Paramètres du Snake
• élasticité
• rigidité
• viscosité
• paramètre pondérant la force extérieure
• composantes du champ extérieur fx et fy
• nombre ditérations caractéristique

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Méthode de détection des contours
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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitements préliminaires de limage
• Etude des paramètres caractéristiques du GVF et
  du snake

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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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• Traitements préliminaires de limage
• Extraction du bras de limage du fond
• Augmente le temps de calcul inutilement
• Fausse les statistiques de limage

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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitements préliminaires de limage
• Filtrage Gaussien
• Convolution de limage avec masque
• Rehaussement de contraste
• Soustraction à limage de deux fois son Laplacien

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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitements préliminaires de limage
• Conversion de pixels en mm² (1)
• Coefficient de conversion
• Référence carré blanc de 30 mm de côté

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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitements préliminaires de limage
• Conversion de pixels en mm² (2)

Seuillage à 95 du maximum
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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitements préliminaires de limage
• Conversion de pixels en mm² (3)
• Tests 0.088 lt Coefficient lt 0.091
• Coefficient de conversion choisi
• 0.09 mm²/pixel

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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Etude des paramètres caractéristiques du GVF et
  du snake
• Etude du GVF
• Influence du paramètre µ sur la forme du GVF(1)

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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Influence du paramètre µ sur la forme du GVF(2)

Zone caractéristique du GVF pour µ 0.3
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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Influence du paramètre µ sur la forme du GVF(3)
• Pour µ lt 0.2 Réduction trop
  importante de linfluence du GVF
• Pour µ gt 0.2 GVF complètement
  désordonné
• Choix jugé optimal µ 0.2

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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Etude des paramètres caractéristiques du GVF et
  du snake
• Etude du GVF
• Combinaison de canaux pour mise en valeur de la
  papule

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Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3
Image détude
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Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3
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Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3
Résultat obtenu à litération 10
Courbe rouge  état du snake à litération
10. Cercle bleu  initialisation du snake.
Résultat final
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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Etude des paramètres caractéristiques du GVF et
  du snake
• Etude du GVF
• Combinaison de canaux pour mise en valeur de
  lérythème

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Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3
Image détude
Choix des composantes A de l espace de couleur
LAB et Cr de lespace de couleur YCbCr
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Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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Preuve de lhétérogénéité du GVF au sein de
lérythème
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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Combinaison de canaux pour mise en valeur de
  lérythème
• Impossibilité dobtenir un GVF susceptible
  dassurer la convergence du snake
• Choix dune nouvelle méthode de segmentation pour
  lérythème

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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Etude des paramètres caractéristiques du GVF et
  du snake
• Paramètres caractéristiques du snake
• Coefficients caractéristiques de lénergie
  interne
• a  Coefficient pondérant lélasticité du
  snake.
• ß Coefficient pondérant la rigidité du snake.
• ? Pondère la viscosité
• Coefficient correspondant à la force extérieure
• ? Coefficient pondérant les composantes du
  GVF
• Nombre ditérations caractéristiques du snake
  fixé à 125

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Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3
Zone détude pour linfluence des paramètres du
snake
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Etude du paramètre a pondérant lélasticité
a 5 Courbe rouge état du snake à litération
100. Cercle bleu initialisation du snake.
Naissance de boucles
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Etude du paramètre ß pondérant la rigidité
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Etude du paramètre ? pondérant la viscosité
Apparition dun phénomène de boucles pour ? trop
faible
BOUCLES LIEES A UNE VISCOSITE TROP FAIBLE
Cas où le snake na pas le temps de converger ?
trop grand
Compromis
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Etude du paramètre ? pondérant le GVF
Le snake na pas le temps de converger totalement
dans ces deux cas
Le temps de convergence est dautant plus grand
que ? est faible
Cas où le snake converge effectivement
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2 0 0 2 / 2 0 0 3
Etude du paramètre ? pondérant le GVF
Comme dans le cas où ? trop faible, si ? trop
grand alors apparition de boucles
Preuve sur un zoom du GVF
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2 0 0 2 / 2 0 0 3
Etude du paramètre ? pondérant le GVF
Compromis
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Tests pratiques
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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• Choix retenu pour le paramétrage

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Zone de divergence importante
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Coefficients caractéristiques de lénergie
interne a  0.05 Coefficient pondérant
lélasticité du snake. ß 0 Coefficient
pondérant la rigidité du snake. ? 1 Pondère
la viscosité Coefficients correspondant à la
force extérieure ? 0.6 Coefficient pondérant
les composantes du GVF   
Courbe rouge  état du snake à litération
considérée. Cercle bleu  initialisation du
snake.
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Courbe rouge  état du snake à litération
considérée. Cercle bleu  initialisation du
snake.
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Démonstration de la divergence importante

• Nécessité de jouer sur
• la rigidité
  paramètre ß
• la viscosité
  paramètre ?
• linfluence du GVF paramètre ?

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Coefficients caractéristiques de lénergie
interne a  0.05 Coefficient pondérant
lélasticité du snake. ß 1 Coefficient
pondérant la rigidité du snake. ? 2 Pondère
la viscosité Coefficients correspondant à la
force extérieure ? 0.2 Coefficient pondérant
les composantes du GVF
Courbe rouge  état du snake à litération
considérée. Cercle bleu  initialisation du
snake.
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Amélioration liée au fait daugmenter la rigidité
et la viscosité, et de diminuer linfluence du
coefficient pondérant le GVF
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Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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  Résultat obtenu avec ? 0.1 et les autres
paramètres inchangés
Coefficients caractéristiques de lénergie
interne a  0.05 Coefficient pondérant
lélasticité du snake. ß 1 Coefficient
pondérant la rigidité du snake. ? 2 Pondère
la viscosité   Coefficients correspondant à la
force extérieure ? 0.1 Coefficient pondérant
les composantes du GVF
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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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• Traitement de lérythème
• Espace de couleur composante A de lespace LAB

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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• Traitement de lérythème
• Seuillage de lérythème
• Image gt Moyenne(Image) EcartType(Image) /
  FacteurSeuillage

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de lérythème
• Mise en valeur des contours de limage seuillée

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de lérythème
• Etiquetage des régions

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

• Traitement de lérythème
• Élimination des régions nappartenant pas à
  lérythème

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Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

• Élimination des régions nappartenant pas à
  lérythème

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de lérythème
• Détection finale de lérythème

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de lérythème
• Image binaire de lérythème

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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• Traitement de lérythème
• Résultat final

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de la papule
• Espace de couleur composante R de lespace RVB
  et composante X de lespace XYZ

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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• Traitement de la papule
• Calcul du GVF

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de la papule
• Seuillage du GVF

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de la papule
• Seuillage du GVF

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de la papule
• Élimination des régions erronées

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de la papule
• Élimination des régions de convergence 

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de la papule
• Élimination des régions de convergence 

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de la papule
• Élimination des régions nappartenant pas à
  lérythème

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Traitement de la papule
• Recherche de la région correspondant au centre de
  la papule et lancement du snake

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Mise en œuvre des algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Résultat du traitement

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Présentation de linterface
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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• Menu Principal

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Présentation de linterface
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

• Ouvrir une image

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Présentation de linterface
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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Présentation de linterface
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Résultat final

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Présentation de linterface
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

2 0 0 2 / 2 0 0 3

• Réglage des paramètres

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Conclusion
Segmentation par contours actifs des réactions
allergiques aux tests cutanés

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Remerciements
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Lhôpital Tenon, son personnel, et en particulier
le Docteur AUTEGARDEN Notre professeur de
traitement dimages Madame ROULLOT Notre chef de
département Monsieur DEVRIENDT