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

Outils d'imagerie multimodalité pour la neuroradiologie interventionnelle

Interventional neuroradiologists make use of diverse imaging modalities: digital subtracted angiography (DSA), 3D angiography (3DXA) and magnetic resonance imaging (MRI). The physician will fully beneficiate from their complementarity only when these modalities are registered. This thesis suggests solutions to the DSA/ 3DXA and 3DXA/ MRI registration problems that do not require any segmentation step. The registration of a DSA image with a 3DXA volume is considered as the search for the parameters of a conic projection perturbed by a distortion field. Procedures are described to calibrate the angiography machine that allow to recover the distortion field by interpolation and enable a precise estimation of the intrinsic parameters of the conic projection. The DSA/ 3DXA registration problem is then equivalent to the extrinsic parameters estimation. An original algorithm is described to recover them byb comparing the DSA .image to the maximum intensity projection (MIP) of the 3DXA volume. An initial match is reached by maximizing the correlation. The result is then refined through an iterative procedure based on the optical flow calculation. Lastly, the 3DXA/MRI registration is studied. The main obstacle lies in the huge difference between both signals. In order to overcome this, we devised an approach based on the modular definition of a voxel similarity measure. It consists in filtering the data to make them more similar, the comparison being then performed thanks to a linear correlation criterion. Applying this strategy to the 3DXA/MRI registration leads to an original, fast and precise algorithm. This algorithm has been validated by comparing it to a fully manual registration.Dans le cadre de la neuroradiologie interventionnelle, le médecin utilise diverses modalités d'imagerie: l'angiographie numérique soustraite (D8A), l'angiographie tridimensionnelle (3DXA) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Leur complémentarité ne peut être rentabilisée que si celles-ci sont recalées. Ce travail de thèse propose des solutions au problème des recalages DSA/ 3DXA puis 3DXA/ IRM qui ne requièrent aucune segmentation. Le recalage d'une image DSA avec un volume 3DXAest abordé comme la recherche des paramètres d'une projection conique perturbée par un champ de distorsions. Nous décrivons des procédures de calibration de la machine d'angiographie qui permettent de retrouver les distorsions par interpolation et conduisent à une estimation fiable des paramètres intrinsèques de la projection conique. La question du recalage DSA/ 3DXA se pose alors comme l'estimation des paramètres extrinsèques de la projection conique. Nous décrivons un algorithme original pour les retrouver en se basant sur la comparaison de l'image DSA avec la projection en maximum d'intensité (projection MlP) du volume 3DXA. Un recalage initial est réalisé en maximisant le score de corrélation linéaire puis le résultat est affiné à travers une procédure itérative faisant intervenir un calcul de flux optique. Le recalage 3DXA/ IRM est enfin étudié. Le principal obstacle réside dans la très grande différence qui existe entre les signaux. Afin de le surmonter, nous proposons une approche basée sur la définition modulaire d'un critère de similarité de voxels. Son principe consiste à filtrer les données pour les rendre plus similaires, puis de la comparer par un critère de corrélation. La mise en oeuvre de cette stratégie pour le cas particulier du recalage 3DXA/ IRM conduit à un algorithme original, à la fois précis et rapide. Cet algorithme est validé par comparaison avec le résultat d'un recalage entièrement manuel

Outils d'imagerie multimodalité pour la neuroradiologie interventionnelle

Dans le cadre de la neuroradiologie interventionnelle, le médecin utilise diverses modalités d'imagerie: l'angiographie numérique soustraite (D8A), l'angiographie tridimensionnelle (3DXA) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Leur complémentarité ne peut être rentabilisée que si celles-ci sont recalées. Ce travail de thèse propose des solutions au problème des recalages DSA/ 3DXA puis 3DXA/ IRM qui ne requièrent aucune segmentation. Le recalage d'une image DSA avec un volume 3DXAest abordé comme la recherche des paramètres d'une projection conique perturbée par un champ de distorsions. Nous décrivons des procédures de calibration de la machine d'angiographie qui permettent de retrouver les distorsions par interpolation et conduisent à une estimation fiable des paramètres intrinsèques de la projection conique. La question du recalage DSA/ 3DXA se pose alors comme l'estimation des paramètres extrinsèques de la projection conique. Nous décrivons un algorithme original pour les retrouver en se basant sur la comparaison de l'image DSA avec la projection en maximum d'intensité (projection MlP) du volume 3DXA. Un recalage initial est réalisé en maximisant le score de corrélation linéaire puis le résultat est affiné à travers une procédure itérative faisant intervenir un calcul de flux optique. Le recalage 3DXA/ IRM est enfin étudié. Le principal obstacle réside dans la très grande différence qui existe entre les signaux. Afin de le surmonter, nous proposons une approche basée sur la définition modulaire d'un critère de similarité de voxels. Son principe consiste à filtrer les données pour les rendre plus similaires, puis de la comparer par un critère de corrélation. La mise en oeuvre de cette stratégie pour le cas particulier du recalage 3DXA/ IRM conduit à un algorithme original, à la fois précis et rapide. Cet algorithme est validé par comparaison avec le résultat d'un recalage entièrement manuel.NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Outils d'imagerie multimodalité pour la neuroradiologie interventionnelle

Interventional neuroradiologists make use of diverse imaging modalities: digital subtracted angiography (DSA), 3D angiography (3DXA) and magnetic resonance imaging (MRI). The physician will fully beneficiate from their complementarity only when these modalities are registered. This thesis suggests solutions to the DSA/ 3DXA and 3DXA/ MRI registration problems that do not require any segmentation step. The registration of a DSA image with a 3DXA volume is considered as the search for the parameters of a conic projection perturbed by a distortion field. Procedures are described to calibrate the angiography machine that allow to recover the distortion field by interpolation and enable a precise estimation of the intrinsic parameters of the conic projection. The DSA/ 3DXA registration problem is then equivalent to the extrinsic parameters estimation. An original algorithm is described to recover them byb comparing the DSA .image to the maximum intensity projection (MIP) of the 3DXA volume. An initial match is reached by maximizing the correlation. The result is then refined through an iterative procedure based on the optical flow calculation. Lastly, the 3DXA/MRI registration is studied. The main obstacle lies in the huge difference between both signals. In order to overcome this, we devised an approach based on the modular definition of a voxel similarity measure. It consists in filtering the data to make them more similar, the comparison being then performed thanks to a linear correlation criterion. Applying this strategy to the 3DXA/MRI registration leads to an original, fast and precise algorithm. This algorithm has been validated by comparing it to a fully manual registration.Dans le cadre de la neuroradiologie interventionnelle, le médecin utilise diverses modalités d'imagerie: l'angiographie numérique soustraite (D8A), l'angiographie tridimensionnelle (3DXA) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Leur complémentarité ne peut être rentabilisée que si celles-ci sont recalées. Ce travail de thèse propose des solutions au problème des recalages DSA/ 3DXA puis 3DXA/ IRM qui ne requièrent aucune segmentation. Le recalage d'une image DSA avec un volume 3DXAest abordé comme la recherche des paramètres d'une projection conique perturbée par un champ de distorsions. Nous décrivons des procédures de calibration de la machine d'angiographie qui permettent de retrouver les distorsions par interpolation et conduisent à une estimation fiable des paramètres intrinsèques de la projection conique. La question du recalage DSA/ 3DXA se pose alors comme l'estimation des paramètres extrinsèques de la projection conique. Nous décrivons un algorithme original pour les retrouver en se basant sur la comparaison de l'image DSA avec la projection en maximum d'intensité (projection MlP) du volume 3DXA. Un recalage initial est réalisé en maximisant le score de corrélation linéaire puis le résultat est affiné à travers une procédure itérative faisant intervenir un calcul de flux optique. Le recalage 3DXA/ IRM est enfin étudié. Le principal obstacle réside dans la très grande différence qui existe entre les signaux. Afin de le surmonter, nous proposons une approche basée sur la définition modulaire d'un critère de similarité de voxels. Son principe consiste à filtrer les données pour les rendre plus similaires, puis de la comparer par un critère de corrélation. La mise en oeuvre de cette stratégie pour le cas particulier du recalage 3DXA/ IRM conduit à un algorithme original, à la fois précis et rapide. Cet algorithme est validé par comparaison avec le résultat d'un recalage entièrement manuel