Transtubular Resection of Spinal Intradural Lésions : Techniques, Results, & Complications.

Le travail de thèse ici présenté a été publié sous forme d’un article scientifique ayant le titre « Image guided tailored access resection (IMTAR) of spinal intradural tumors. Technical report of 13 cases » L’article présente les résultats de la chirurgie per « accès minime » (MAS) utilisée dans notre établissement hospitalier avec une implémentation de la technique guidée par image que nous appelons « technique de navigation chirurgicale guidée par fusion d’image » (en anglais : Image Merge Tailored Access Resection ou IMTAR). IMTAR représente l’application d’une technique de fusion d’image déjà existante pour la chirurgie crânienne qui consiste à fusionner les images de la résonance magnétique préopératoire avec les images de fluoroscopie 3D obtenues pendant la chirurgie pour naviguer à la fois les structures osseuses et les tissus mous. La fusion d’image donne au chirurgien la possibilité de mieux planifier l’accès chirurgical par la navigation virtuelle sur les images avant l’incision. Le chirurgien peut donc adapter l’abord chirurgical selon la localisation de la lésion et également adapter la résection d’os en fonction de la fenêtre d’exposition nécessaire pour la visualisation de la lésion tumorale. Le choix d’utiliser la technique IMTAR est pris en préopératoire par le chirurgien en fonction de la disponibilité de cette technique dans un contexte de chirurgie élective. La technique est une implémentation d’une technique déjà existante et bien validée par la littérature courante dont l’utilisation est faite au niveau crânien, mais ici adaptée à la chirurgie spinale. L’utilisation de la technique IMTAR a pour but de réduire le risque d’erreur de niveau de la localisation des lésions tumorales spinales, situation décrite en littérature. De plus, le choix de trajectoire d’accès trans-musculaire selon la localisation de la lésion tumorale pourrait améliorer l’angle d’accès aux lésions et minimiser le volume d’os enlevé pendant l’abord chirurgical. Sur la série préliminaire de 13 patients dont les résultats sont contenus dans l’article ici joint, la technique IMTAR a montré des résultats d’exérèse tumorale superposables aux résultats de la technique MAS non-naviguée. La procédure IMTAR semble être moins invasive en termes de résection osseuse et elle permet une meilleure localisation de la lésion. Le présent travail de thèse s’est déroulé dans le contexte de l’étude IMTAR, catégorie A (Protocole n. 172/15) approuvé par le CER VD et en cours depuis 01.01.2017 au CHUV de Lausanne (investigateurs principales: Dr Rodolfo Maduri, Dr John Michael Duff). Les perspectives futures pour cette étude sont de décrire les résultats chirurgicaux sur une « prospective cohort » de patients ayant bénéficié de la technique IMTAR et de la technique MAS non-naviguée jusqu’à la date de fin de l’étude. L’étude IMTAR a pour but d’évaluer les résultats de l’utilisation de la technique IMTAR pour les tumeurs spinales par rapport à la technique de chirurgie MAS classique en termes de minimisation de la morbidité associée à l’abord chirurgical, de la réduction du risque d’une instabilité spinale iatrogène et de l’optimisation de l’efficacité de la résection de la tumeur. -- - OBJECTIVE: Standard translaminar approaches for intradural extramedullary (IDEM) tumors require extensive soft tissue dissection and partial facet removal. Ventral lesions may necessitate wider bone resection with sub- sequent possible spinal instability. Any manipulation of an already compromised spinal cord may lead to neurological injury. We describe an image-guided minimal access technique for IDEM tumor resection. - METHODS: Retrospective chart review of 13 consecutive patients after institutional ethics committee approval. We superimpose preoperative magnetic resonance imaging data with intraoperative 3-dimensional fluoroscopic im- ages, allowing to simultaneously visualize osseous anat- omy and the soft tissue lesion using appropriate windowing. We then plan optimal angle of trajectory to the tumor, which defines the skin incision and the trans- muscular trajectory. A tubular retractor is placed to span the tumor. Microsurgical tumor resection is then carried out using this angle of approach. - RESULTS: Thirteen patients (mean age. 57 years; male-to- female ratio, 10:3) were operated on during 28 months. Gross total resection was achieved in all patients. Neuro- logical improvement occurred in 12 of the 13 patients. There was no neurological deficit outside of the expected sensory loss due to intentional nerve root sacrifice. No mechanical pain nor tumor recurrence were noted during the follow-up (mean, 16 months; range, 2e30 months). - CONCLUSIONS: Image merge tailored access resection appears to be at least equivalent in terms of tumor resec- tion, blood loss, and complications to other tubular tech- niques. It may reduce risks of neurological deficit and spine instability. Image merge tailored access resection is a novel application of merging intraoperative fluoroscopic images with preoperative magnetic resonance images for tailored IDEM resection

Biopsies prostatiques ciblées guidées par IRM dans le diagnostic du cancer de prostate (revue de la littérature et expérience clinique initiale avec l'Urostation®)

Deux axes principaux se dégagent de notre étude de la littérature : la réalisation de biopsies avec guidage direct dans l IRM, et la fusion d image échographie-IRM. Les premières offrent une grande précision, mais restent limitées par l accessibilité, le coût et la durée de ces procédures. La fusion d images est un compromis prometteur associant la précision et la spécificité de l IRM multiparamétrique, et la facilité d accès et d utilisation de l échographie endorectale. Plusieurs systèmes ont ainsi été développés, dont l Urostation®, offrant la possibilité de réaliser des biopsies ciblées à l aide d une fusion d images échographiques 3D et IRM. Nous avons inclus de manière prospective entre novembre 2011 et août 2012, 30 patients présentant une indication de biopsies prostatiques ayant réalisé une IRM multiparamétrique au CHU de Grenoble. Un protocole de 12 biopsies randomisées a été réalisé, ainsi que 2 biopsies ciblées en cas de zone suspecte. Un cancer de prostate a été diagnostiqué dans 14 cas (47%), dont 3 cancers sans anomalie IRM. Onze cancers ont été considérés cliniquement significatifs. Dans notre étude, un protocole de 2 biopsies ciblées réalisé en cas d IRM anormale avec PI-RADS score >8 aurait négligé un cancer significatif, mais évité 15 procédures inutiles et 2 cas de sur-diagnostic de cancers non significatifs, avec une sensibilité de 91% pour la détection d un cancer de prostate significatif. Des études de plus grande ampleur seront nécessaires pour définir la place de l IRM avant biopsie, des biopsies ciblées, et enfin de la fusion écho-IRM, à l heure de la robotisation, de l émergence des traitements focaux et de la réflexion sur le sur-traitement.The systematic review of the literature showed that research is focused on two main areas: direct biopsy guidance inside the MRI, and MRI-ultrasound fusion. The first offer a high precision, but are still limited by the accessibility, cost and duration of these procedures. Image fusion is a promising compromise, associating the precision and specificity of multiparametric MRI, and the accessibility and usability of transrectal ultrasound. Several systems have therefore been developped, including the Urostation®, to allow biopsy guidance based on 3D ultrasound and MRI fusion. Between November, 2011 and August, 2012, we prospectively included 30 patients presenting with an indication for prostate biopsies, who first had a multiparametric MRI in the Grenoble University Hospital. A 12-core randomised biopsy protocol was performed, as well as 2 targeted biopsies in case of suspicious lesion. Prostate cancer was detected in 14 cases (47%), including 3 cancers with MRI considered normal. Eleven cancers were considered clinically significant. In our study, a 2-core targeted biopsy protocol performed only in case of abnormal MRI with a PI-RADS score >8 would have missed one significant cancer, but avoided 15 unnecessary procedures and 2 cases of over-diagnosis of insignificant cancers, with a 91% sensitivity for the detection of significant prostate cancer. Further, larger studies are needed to define the place of MRI prior to biopsy, of targeted biopsies, and finally of MRI-ultrasound fusion, in the context of the developpement of robotics, emergence of focal therapies, and reflection on over-treatment.GRENOBLE1-BU Médecine pharm. (385162101) / SudocSudocFranceF

La chaîne image SPOT5 THR : un exemple d'optimisation globale

- Issu de la filière SPOT, le satellite de télédétection optique SPOT5 s'en démarque par un mode d'échantillonnage quinconce adapté à la Fonction de Transfert de Modulation (FTM) de l'instrument et généré par un détecteur spécifique comportant deux barrettes CCD décalées dans le plan focal. En raison des faibles valeurs de la FTM pour les hautes fréquences spatiales, les images produites par un tel système sont floues et nécessitent un traitement sol complexe d'interpolation quinconce, de déconvolution linéaire et de débruitage par seuillage de coefficients de paquets d'ondelettes

Modèles de fusion et diffusion par équations aux dérivées partielles (application à la sismique azimutale)

Ce mémoire porte sur le développement de nouvelles méthodes de fusion d images à partir d un formalisme à base d Equations aux Dérivées Partielles (EDP). Les deux premiers chapitres bibliographiques portent sur les 2 domaines au centre de notre problématique : la fusion et les EDP. Le Chapitre 3 est consacré à la présentation progressive de notre modèle EDP de fusion constitué par un terme de fusion (diffusion inverse isotrope) et un terme de régularisation. De plus, un des attraits de l approche EDP est de pouvoir traiter avec le formalisme des données bruitées. L association d un terme de diffusion dépendant du type de données à traiter est donc abordée. Le chapitre 4 est consacré à l application des modèles de fusion-diffusion aux données sismiques. Pour répondre aux besoins de filtrage de ces données sismiques, nous proposons deux méthodes originales de diffusion 3D. Nous présenterons dans ce mémoire l approche de fusion 3D intégrant une de ces méthodes nommée SFPD (Seismic Fault Preserving Diffusion).This thesis focuses on developing new methods for image fusion based on Partial Differential Equations (PDE). The starting point of the proposed fusion approach is the enhancement process contained in most classical diffusion models. The aim of enhancing contours is similar to one of the purpose of the fusion: the relevant information (equivalent to the contours) must be found in the output image. In general, the contour enhancement uses an inverse diffusion equation. In our model of fusion, the evolution of each input image is led by such equation. This single equation must necessarily be accompanied by a global information detector useful to select the signal to be injected. In addition, an inverse diffusion equation, like any Gaussian deconvolution, raises problems of stability and regularization of the solution. To resolve these problems, a regularization term is integrated into the model. The general model of fusion is finally similar to an evolving cooperative system, where the information contained in each image starts moving towards relevant information, leading to a convergent process. The essential interest of PDE approach is to deal with noisy data by combining in a natural way two processes: fusion and diffusion. The fusion-diffusion proposed model is easy to adapt to different types of data by tuning the PDE. In order to adapt the fusion-diffusion model to a specific application, I propose 2 diffusion models: Seismic fault preserving diffusion and 3D directional diffusion . The aim is to denoise 3D seismic data. These models are integrated into the fusion-diffusion approach. One of them is successfully transferred to the industrial partner: french oil company Total. The efficiency of our models (fusion and fusion-diffusion) is proven through an experimental plan in both noisy and noisy-free data.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Etude de la variabilité inter- et intra-opérateur du volume de l'oreillette droite par l'IRM: travail de Bachelor

Nous avons réalisé un protocole de segmentation pour l’analyse de l’oreillette droite grâce au logiciel OsiriX dans le but de mesurer la variabilité inter- et intra-opérateur. Nous voulions vérifier si le TRM avait des résultats comparables à ceux d’un expert, le Professeur Vallée. Nous avons chacun effectué un certain nombre de segmentations pour calculer le volume de l’atrium droit. D’un point de vue médical, la mesure du volume de l’oreillette droite permet d’effectuer certains liens avec des pathologies

Conception d'algorithmes innovants de traitement d'images de la rétine chez l'homme

Our objective was to analyze the importance of spatial and temporal variability of the reflectance of cones in counting for adaptive optics high resolution imaging, and propose ways to overcome these difficulties.The first part of the work focuses on the study of the temporal variability of cones. We confirmed the presence of a scintillation phenomenon at a frequency at least equal to that of our acquisition system. We have proposed an image analysis process including restoration by deconvolution, rigid registration, and image fusion for cone mapping. To validate this approach, we conducted a validation test for two deconvolution methods. We have shown that in the case of healthy subjects, the image fusion procedure to bring the measurement of cone density and histological references. The angular variation of cone reflectance is called optical Stiles-Crawford effect. We have identified a new clinical manifestation of this phenomenon, through a study on the analysis of adaptive optics images periphery). We have shown, through the alternation of the positive / negative mosaics, that the reflectance of the cones may become lower than that of rods. Comparison with the data of the optical coherence tomography showed a strong correlation of the switching with the outer segment layer. We then proposed a procedure of integration of spatial variability for cone mapping. This procedure was evaluated in healthy and diseased subjects and showed a significant gain (in terms of cone enumeration) in pathological cases.Notre objectif a été d'analyser l'influence de la variabilité spatio-temporelle de la réflectance des cônes sur le comptage des cônes par imagerie à haute résolution par optique adaptative plein champ, et de proposer des méthodes pour pallier ces difficultés. La première partie des travaux porte sur l'étude de la variabilité temporelle des cônes. Nous avons confirmé la présence d'un phénomène de scintillement des cônes à une fréquence au moins égale à celle de notre système d'acquisition. Nous avons proposé une procédure d'analyse d'images incluant restauration par déconvolution myope, recalage rigide, fusion d'images pour la construction de cartographies de cônes. Nous avons montré que dans le cas des sujets sains, la procédure de fusion d'image permet de rapprocher la mesure de la densité des cônes des références histologiques. La directionalité de la réflectance des cônes est appelée effet Stiles-Crawford optique. Nous en avons identifié une nouvelle manifestation clinique, à travers une étude portant sur l'analyse d'images d'optique adaptative en périphérie de la rétine. Nous avons montré, à travers l'alternance des mosaïques positive/négative, que la réflectance des cônes peut devenir inférieure à celle des bâtonnets. La comparaison avec les données de la tomographie de cohérence optique a montré une forte corrélation de cette commutation avec la couche des segments externes des cônes. Nous avons proposé une procédure d'intégration de la variabilité spatiale pour la construction des cartographies. Cette procédure a été évaluée sur des sujets sains et pathologiques et a montré un gain significatif (en termes de dénombrement des cônes) chez les cas pathologiques

Apport de l'assistance par ordinateur lors de la pose d'endoprothèse aortique

The development of endovascular aortic procedures is growing. These mini-invasive techniques allow a reduction of surgical trauma, usually important in conventional open surgery. The technical limitations of endovascular repair are pushed to special aortic localizations which were in the past decade indication for open repair. Success and efficiency of such procedures are based on the development and the implementation of decision-making tools. This work aims to improve endovascular procedures thanks to a better utilization of pre and intraoperative imaging. This approach is in the line with the framework of computer-assisted surgery whose concepts are applied to vascular surgery. The optimization of endograft deployment is considered in three steps. The first part is dedicated to preoperative imaging analysis and shows the limits of the current sizing tools. The accuracy of a new measurement criterion is assessed (outer curvature length). The second part deals with intraoperative imaging and shows the contribution of augmented reality in endovascular aortic repair. In the last part, image guided surgery on soft tissues is addressed, especially the arterial deformations occurring during endovascular procedures which disprove rigid registration in fusion imaging. The use of finite element simulation to deal with this issue is presented. We report an original approach based on a predictive model of deformations using finite element simulation with geometrical and anatomo-mechanical patient specific parameters extracted from the preoperative CT-scan.Les techniques endovasculaires, particulièrement pour l’aorte, sont en plein essor en chirurgie vasculaire. Ces techniques mini-invasives permettent de diminuer l’agression chirurgicale habituellement importante lors de la chirurgie conventionnelle. Les limites techniques sont repoussées à certaines localisations de l’aorte qui étaient il y a encore peu de temps inaccessibles aux endoprothèses. Le succès et l’efficience de ces interventions reposent en partie sur l'élaboration et la mise en œuvre de nouveaux outils d'aide à la décision. Ce travail entend contribuer à l’amélioration des procédures interventionnelles aortiques grâce à une meilleure exploitation de l’imagerie pré et peropératoire. Cette démarche s’inscrit dans le cadre plus général des Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur, dont les concepts sont revisités pour les transposer au domaine de la chirurgie endovasculaire. Trois axes sont développés afin de sécuriser et optimiser la pose d'endoprothèse. Le premier est focalisé sur l’analyse préopératoire du scanner (sizing) et montre les limites des outils de mesure actuels et évalue la précision d’un nouveau critère de mesure des longueurs de l’aorte (courbure externe). Le deuxième axe se positionne sur le versant peropératoire et montre la contribution de la réalité augmentée dans la pose d’une endoprothèse aortique. Le troisième axe s’intéresse au problème plus général des interventions sur les tissus mous et particulièrement aux déformations artérielles qui surviennent au cours des procédures interventionnelles qui mettent en défaut le recalage rigide lors de la fusion d’images. Nous présentons une approche originale basée sur un modèle numérique de prédiction des déformations qui utilise la simulation par éléments finis en y intégrant des paramètres géométriques et anatomo-mécaniques spécifique-patient extraits du scanner préopératoire

Fusion de données provenant de différents capteurs satellitaires pour le suivi de la qualité de l'eau en zones côtières. Application au littoral de la région PACA

Monitoring coastal areas requires both a good spatial resolution, good spectral resolution associated with agood signal to noise ratio and finally a good temporal resolution to visualize rapid changes in water color.Available now, and even those planed soon, sensors do not provide both a good spatial, spectral ANDtemporal resolution. In this study, we are interested in the image fusion of two future sensors which are bothpart of the Copernicus program of the European Space Agency: MSI on Sentinel-2 and OLCI on Sentinel-3.Such as MSI and OLCI do not provide image yet, it was necessary to simulate them. We then used thehyperspectral imager HICO and we then proposed three methods: an adaptation of the method ARSIS fusionof multispectral images (ARSIS), a fusion method based on the non-negative factorization tensors (Tensor)and a fusion method based on the inversion de matrices (Inversion).These three methods were first evaluated using statistical parameters between images obtained by fusionand the "perfect" image as well as the estimation results of biophysical parameters obtained by minimizingthe radiative transfer model in water.Le suivi des zones côtières nécessite à la fois une bonne résolution spatiale, une bonne résolution spectraleassociée à un bon rapport signal sur bruit et enfin une bonne résolution temporelle pour visualiser deschangements rapides de couleur de l’eau.Les capteurs disponibles actuellement, et même ceux prévus prochainement, n’apportent pas à la fois unebonne résolution spatiale, spectrale ET temporelle. Dans cette étude, nous nous intéressons à la fusion de 2futurs capteurs qui s’inscrivent tous deux dans le programme Copernicus de l’agence spatiale européenne:MSI sur Sentinel-2 et OLCI sur Sentinel-3.Comme les capteurs MSI et OLCI ne fournissent pas encore d’images, il a fallu les simuler. Pour cela nousavons eu recours aux images hyperspectrales du capteur HICO. Nous avons alors proposé 3 méthodes : uneadaptation de la méthode ARSIS à la fusion d’images multispectrales (ARSIS), une méthode de fusion baséesur la factorisation de tenseurs non-négatifs (Tenseur) et une méthode de fusion basée sur l’inversion dematrices (Inversion)Ces 3 méthodes ont tout d’abord été évaluées à l’aide de paramètres statistiques entre les images obtenuespar fusion et l’image « parfaite » ainsi que sur les résultats d’estimation de paramètres biophysiques obtenuspar minimisation du modèle de transfert radiatif dans l’eau

Analyse radiomique du cancer de la prostate pour la prédiction du pronostic des patients avec un grand risque de récidive

Les options thérapeutiques d'intention curative ont une faible probabilité de succès chez les patients atteints d'un cancer de la prostate avec métastases ganglionnaires. Ainsi, l'obtention d'une méthode de prédiction de la présence ou l'apparition de métastases ganglionnaires est souhaitable. Ce document présente le développement d'un modèle de prédiction de la présence de métastases ganglionnaires à la prostatectomie radicale. Le modèle utilise les marqueurs radiomiques extraits de l'examen FDG-TEP/CT fait en préopératoire. Ces marqueurs issus de la radiomique - définie comme le processus d'extraction quantitative de données exploitables de haute dimension à partir d'images médicales - permettent de quantifier des caractéristiques invisibles à l'œil tels que les paramètres de texture et d'intensité. Dans un premier volet, afin de limiter les erreurs de recalage entre la TEP et le CT, une évaluation de l'extraction des marqueurs radiomiques a été effectuée en comparant la valeur maximale d'absorption standardisée (SUVₘₐₓ) sur l'imagerie TEP. Une méthode de segmentation semi-automatique de la vessie en TEP a été développée de manière à soustraire la vessie de la segmentation de la prostate, ce qui permet une extraction plus juste des marqueurs radiomiques. Dans un second volet, une méthode de sélection des marqueurs radiomiques a été développée afin de réduire les marqueurs redondants et de sélectionner les plus importants, ce qui a permis de sélectionner 17 marqueurs TEP. Lorsque combinés avec l'intelligence artificielle, les marqueurs radiomiques peuvent être utilisés pour la prédiction de différents paramètres cliniques. Un modèle de prédiction utilisant un classificateur par forêts aléatoires a permis d'obtenir des résultats démontrant le potentiel de l'algorithme et des marqueurs radiomiques en FDG-TEP/CT. Une fois couplé aux données cliniques, l'algorithme permet une meilleure prédiction. Une AUC de (79 ± 9) % est obtenue lors de la combinaison du modèle de prédiction avec le stade clinique de la tumeur.Therapeutic options with curative intent have a low probability of success in patients with prostate cancer with lymph node metastases. Therefore, a method for predicting the presence or development of lymph node metastases is desirable. This document presents the development of a model for predicting the presence of lymph node metastases at radical prostatectomy. The model uses radiomic markers extracted from the preoperative FDG-PET/CT examination. These radiomic markers - defined as the process of quantitatively extracting high-dimensional usable data from medical images - allow the quantification of features invisible to the eye such as texture and intensity parameters. In the first part, to limit the misalignment errors between PET and CT, an evaluation of the extraction of radiomic markers was carried out by comparing the standardized maximum absorption value (SUVₘₐₓ) on PET imaging. A semi-automatic PET bladder segmentation method was developed to subtract the bladder from the prostate segmentation, allowing a more accurate extraction of radiomic markers. In the second phase, a method for selecting radiomic markers was developed to reduce redundant markers and to select the most important ones, resulting in the selection of 17 PET markers. When combined with artificial intelligence, radiomic markers can be used for the prediction of various clinical parameters. A prediction model using a random forest classifier provided results demonstrating the potential of the algorithm and radiomic markers in FDG-PET/CT. Once coupled with clinical data, the algorithm allows a better prediction. AUC of (79 ± 9) % is obtained when combining the prediction model with the clinical stage of tumor