Recalage et mise en correspondance d’images tomographiques et de projection: Résultats préliminaires d’une solution hybride en radiochirurgie

A new method for 2D/3D registration, applied to Magnetic Resonance Imaging (3D) and to X-Ray angiography (2D), has been adapted and used for planning treatment in radiosurgery. The imaging flow needed for planning radiosurgery is considerable and using registration technique would make lighter the imaging protocol without restricting planning. We describe the preliminary results of the evaluation giving criteria to compare registration technique and localization using stereotactic frame, which is the gold standard method. Preliminary results obtained during this first step in validating registration put forward which kind of MRI sequence are more suitable to registration.Une méthode de recalage d’images multimodales 2D/3D entre Imagerie par Résonance Magnétique (3D) et à l’angiographie par rayons X (2D) est appliquée à la planification dosimétrique en radiochirurgie. Le flux d’images nécessaires à la réalisation du traitement en radiochirurgie est considérable. La fusion de ces images multimodales dans un espace commun est requise pour la planification. Ainsi, elles nécessitent d’être acquises en utilisant un référentiel dit «stéréotaxique». Cependant, l’utilisation d’algorithmes de recalage dans la phase de planification permet de simplifier les procédures d’imagerie en diminuant l’usage du cadre sans contraindre la planification. Nous proposons ici les résultats préliminaires de l’application du recalage dans un contexte radiochirurgical par comparaison avec la méthode basée sur un repérage stéréotaxique qui constitue le gold standard. Les résultats préliminaires obtenus lors de cette première phase de validation permettent de conclure sur la compatibilité de certaines séquences d’images IRM avec le recalage d’images tomographique et de projectio

Patient Setup in Conformal Radiotherapy of Prostate Cancer by Registration of Ultrasound and Magnetic Resonance Images

In conformal radiotherapy, beam set up and dose calculations are achieved using images obtained from computed tomography (CT) or magnetic resonance (MR). These images are taken before the treatment which is performed on several sessions on several weeks. At the beginning of each session, the patient has to be positioned on the treatment couch under the linear accelerator in the same position as during MR or CT imaging and planning, and the organs are assumed to be in the same place. Currently, the methods used for this repositioning are based on the external anatomy of the patient and suppose an immobility of the internal structures. In this study, we present a new approach, suited to the clinical practice, for the automatic repositioning of patient in prostate cancer radiotherapy. It is based on localisation by ultrasound images and optical stereolocalisation and on a matching with images regenerated in the planning volume. The method exploits a statistical model of the prostate to automatically extract its contours. The first tests in conditions of a radiotherapy session show that the method is able to obtain a patient setup with an accuracy of about 1.4 mm.En radiothérapie conformationnelle, le calcul des doses et des balistiques des faisceaux à appliquer pour irradier la tumeur se fait en se basant sur des images tomographiques (IRM ou scanner (TDM)) réalisées avant le traitement. Celui-ci dure plusieurs séances réparties sur plusieurs semaines. Au début de chaque séance le patient doit être installé sur la table de traitement dans les conditions initiales de planification. Actuellement, les méthodes les plus utilisées pour ce repositionnement se basent sur l'anatomie externe du patient et supposent une immobilité des organes internes. De ce fait, des marges d'erreurs sont prévues dans la définition des volumes pour prendre en considération ces mouvements et les erreurs du repositionnement. Ce travail présente une nouvelle approche, adaptée aux conditions cliniques, pour le repositionnement automatique du patient en radiothérapie de la prostate. Elle est basée sur un repérage temps réel par échographie et une mise en correspondance rapide et précise avec des images générées dans le volume de planification. La méthode exploite une modélisation statistique de la prostate pour extraire automatiquement ses contours. Les premiers tests de la méthode dans les conditions réelles d'une séance de radiothérapie montrent que le repositionnement peut être obtenu avec une précision de l'ordre de 1.4 mm

Electroencephalography-based machine learning for cognitive profiling in Parkinson's disease:Preliminary results

Background Cognitive symptoms are common in patients with Parkinson's disease. Characterization of a patient's cognitive profile is an essential step toward the identification of predictors of cognitive worsening. Objective The aim of this study was to investigate the use of the combination of resting-state EEG and data-mining techniques to build characterization models. Methods Dense EEG data from 118 patients with Parkinson's disease, classified into 5 different groups according to the severity of their cognitive impairments, were considered. Spectral power analysis within 7 frequency bands was performed on the EEG signals. The obtained quantitative EEG features of 100 patients were mined using 2 machine-learning algorithms to build and train characterization models, namely, support vector machines and k-nearest neighbors models. The models were then blindly tested on data from 18 patients. Results The overall classification accuracies were 84% and 88% for the support vector machines and k-nearest algorithms, respectively. The worst classifications were observed for patients from groups with small sample sizes, corresponding to patients with the severe cognitive deficits. Whereas for the remaining groups for whom an accurate diagnosis was required to plan the future healthcare, the classification was very accurate. Conclusion These results suggest that EEG features computed from a daily clinical practice exploration modality in-that it is nonexpensive, available anywhere, and requires minimal cooperation from the patient-can be used as a screening method to identify the severity of cognitive impairment in patients with Parkinson's disease. (c) 2018 International Parkinson and Movement Disorder Society</p

Focal Laser Ablation of Prostate Cancer: Definition, Needs, and Future

Current challenges and innovations in prostate cancer management concern the development of focal therapies that allow the treatment of only the cancer areas sparing the rest of the gland to minimize the potential morbidity. Among these techniques, focal laser ablation (FLA) appears as a potential candidate to reach the goal of focusing energy delivery on the identified targets. The aim of this study is to perform an up-to-date review of this new therapeutic modality. Relevant literature was identified using MEDLINE database with no language restrictions (entries: focal therapy, laser interstitial thermotherapy, prostate cancer, FLA) and by cross-referencing from previously identified studies. Precision, real-time monitoring, MRI compatibility, and low cost of integrated system are principal advantages of FLA. Feasibility and safety of this technique have been reported in phase I assays. FLA might eventually prove to be a middle ground between active surveillance and radical treatment. In conclusion, FLA may have found a role in the management of prostate cancer. However, further trials are required to demonstrate the oncologic effectiveness in the long term

Localisation des endommagements dus à l'accouchement : simulation numérique du passage de la tête foetale

International audienceD'un point de vu mécanique, l'accouchement induit des sollicitations des tissus à l'origine d'endommagements. Afin de mieux localiser ces endommagements et les troubles induits par l'accouchement un modèle éléments finis, permettant de simuler le passage d'une tête fœtale à travers le système pelvien a été développé. Les éléments anatomiques subissant les déformations les plus importantes ont pu être identifiés. A partir de ce modèle, différentes situations d'accouchement pourront alors être modélisées, et leurs conséquences potentielles sur l'endommagement du système pelvien pourront être évaluées

A new phantom to assess and correct geometrical distortions for Magnetic Resonance Imaging: Design and preliminary experiments

International audienceAbstractPurpose: Nowadays, many focal therapies use Magnetic Resonance (MR) imaging for treatment planning purpose. In this context, geometric distortions should be as low as possible. In this paper, we present a new device to assess image distortions in MRI.Methods: The phantom consists of a stack of plates made of Polymethyl Methacrylate (PMMA). The detection elements are balls forming MRI capsules and delimiting an internal volume filled with paraffin oil. When imaged, this system enables having a regular pattern with the same distance in the three space directions between each capsule center of mass.Correction of the distortions is done using a registration of the detected balls pattern with the theoretical pattern. Iterative Closest Points (ICP) algorithm is used for thus purpose.Results: Preliminary evaluations on different MR sequences have been conducted, the combination of device and ICP-based correction method shows the feasibility of the approach.Conclusion: From the promising preliminary results obtained, future developments will include an upgrade of the phantom and the implementation of more sophisticated correction algorithms

Thérapies focales guidées par imagerie pour le cancer du sein

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez la femme, touchant une femme sur dix, selon la zone géographique. L irradiation partielle et accélérée du sein (IPAS) constitue un nouveau concept d irradiation postopératoire du sein après chirurgie conservatrice pour cancer à faible risque de rechute locale. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous discutons les rationnelles de l utilisation de la méthode IPAS comme une alternative à l irradiation totale du sein ainsi que ses principes et les avantages et inconvénients des différentes techniques utilisée. L une de ces techniques est la curiethérapie interstitielle à haut débit de dose (HDD). La curiethérapie interstitielle de haut débit de dose est la technique d irradiation partielle et accélérée du sein qui bénéficie du suivi le plus important, avec des résultats encourageants. La précision du système de planification de traitement (TPS) dans la localisation de la source et le calcul de la dose est absolument nécessaire pour assurer l administration de la dose prévue. L Intégrale de Sievert et le formalisme TG43 fournissent des méthodes rapides et simples pour vérifier la dose calculée par le TPS. Dans le deuxième chapitre, nous discutons un outil de vérification et d optimisation de dose calculée pour l IPAS en HDD. Cet outil permet de simuler une dose à partir des paramètres définis par le physicien. Souvent, le radiothérapeute effectue un recalage mental pour traduire les positions des cathéters, simulés sur les images CT de planification, en positions réelles dans le sein. Cette opération peut induire des erreurs à cause des différences de forme et de position du sein sur l échographie per-opératoire, par rapport à celles du CT de planification. Dans le troisième chapitre de la thèse, nous proposons une méthode de recalage des données de planification et de l échographie de guidage per-opératoire comme une solution qui permettra de reporter de manière automatique les données de planification sur la grille de curiethérapie installée, et visualiser le tout sur les moniteurs de contrôle. La technique IPAS est considérée comme une méthode invasive et coûteuse pour des raisons de radioprotection. La thermothérapie par laser interstitiel (LITT) est une technique ablative, mini-invasive, et en cours d évaluation. La LITT provoque une zone de nécrose de coagulation dont le volume doit être contrôlé tout en réduisant les effets sur les tissus adjacents. Dans le quatrième chapitre, nous présentons les résultats préliminaires de la simulation de la distribution de la chaleur et de dommage thermique de l application la méthode LITT pour la thérapie focale du cancer du sein.Breast cancer is the most common in women, affecting one in ten women, by geographic area. Accelerated Partial Breast Irradiation (APBI) is a new concept of postoperative irradiation after breast conserving surgery for cancer at low risk of local recurrence. In the first chapter of this thesis, we present the rational use of the APBI method as an alternative to the whole breast irradiation and then we discuss the principles, the benefits, and the drawbacks of the different techniques used. One of these techniques is the multicatheters high dose rate (HDR) interstitial brachytherapy. Multicatheter interstitial brachytherapy was the originally employed APBI technique and as a consequence has generated clinical experience with the longest follow-up duration, and with encouraging results.The accuracy of treatment planning system (TPS) in the source location and the dose calculation is absolutely necessary to ensure the planned dose. Sievert Integral and TG43 formalism provide quick and easy methods to check and to verify the dose calculated by the TPS. In the second chapter, we discuss a dose calculation and optimization tool for the APBI method using HDR sources. This tool simulates the dose from the parameters defined by the physicist. Often, the radiotherapist performs during the procedure a mental re-adjustment of catheters positions simulated on the CT images. This operation could lead to errors due to differences in breast form and catheters positions on the intra-operative ultrasound images compared to the planed one on CT images. In chapter three of this thesis, we propose a registration method between data from planning and the one from intra-operative ultrasound images as a solution that will allow to the radiotherapist to report planning data automatically on the brachytherapy template to viualize all data on the computer monitor. The APBI technique is considered an invasive ans expensive method due to radiation protection reasons. Laser Interstitial Thermotherapy (LITT) is minimally invasive ablative technique, and under evaluation. The LITT produces a coagulation nerosis area where the target volume is controlled while minimizing effects on surrounding tissus. In chapter four, we present the preliminary results of simulation of heat and damage distribution from applying the LITT method for focal laser ablation of breast cancer.LILLE2-BU Santé-Recherche (593502101) / SudocSudocFranceF

Méthodes d'identification, d'aide au diagnostic et de planification utilisant de l'imagerie multi-modalité pour les thérapies focales du cancer de la prostate

Les récents progrès de l imagerie de la prostate rendent possibles la détection de tumeurs de petite taille et le guidage de traitements ciblés dont le but est de minimiser la morbidité de la thérapie. Nous proposons des méthodes de traitement d images médicales, pour assister et le praticien dans la prise de décision diagnostique et les traitements focalisés par laser du cancer de la prostate.Nous nous intéressons d abord au diagnostic guidé par l Imagerie à Résonance Magnétique (IRM). Nous développons des algorithmes pour l extraction des contours de la prostate et la segmentation de ses zones centrale et périphérique. La détection des lésions suspectes est abordée en expérimentant des attributs de texture extraits de la géométrie fractale, dans des schémas de classification supervisée et non supervisée. La deuxième partie de cette thèse s intéresse au guidage de la thérapie focalisée par laser. Une méthode de recalage non rigide est proposée pour fusionner les données de planification à l échographie de guidage per-opératoire. Nous évaluons nos algorithmes en utilisant des données simulées et des fantômes physiques afin de comparer à une vérité terrain connue. Des examens de patients, analysés par des experts, sont utilisés pour des évaluations dans des conditions réelles, tenant compte de la variabilité inter-observateur. Les résultats obtenus montrent que les méthodes développées sont suffisamment précises, rapides et robustes. Des validations multi-centriques et des transferts à l industrie devraient à l avenir concrétiser les retombées de ces travaux et contribuer à l amélioration des gestes diagnostiques et thérapeutiques du cancer de la prostate.In the last decade, new diagnosis procedures and treatment options have been developed and made possible thanks to the recent progress in prostate imaging modalities. The newest challenges in this field are to detect the smallest tumours and to treat locally to minimise the treatment morbidity. In this thesis, we introduce image processing methods for the guidance and assistance of diagnosis and treatment, in laser-based prostate cancer focal therapies. First, we propose novel approaches for extracting three dimensional outlines of the gland, and segmenting its zones (peripheral and central) from Magnetic Resonance Imaging (MRI) data. Computer-aided detection of prostate s peripheral zone tumours is then investigated by experimenting novel texture features based on fractal geometry, using both supervised and unsupervised classification methods. The results of these different approaches were studied and compared.The second part of this work addresses the guidance of laser-based focal ablation of prostate tumours. A novel non rigid registration method is introduced for fusion of pre-operative MRI and planning data, and per-operative ultrasound imaging. We evaluate our algorithms using simulated data and physical phantoms, which enable comparison to ground truth. Patients data, combined to expert interpretation, are also used while taking into account the inter-observer variability.The results we obtained show that the methods we developed are satisfyingly accurate, fast and robust. Multi-centric validation and transfer to the industrial world would bring the contributions of this work to clinical routine, and help improving diagnosis and therapy of prostate cancer.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Repositionnement du patient en radiothérapie conformationnelle de la prostate par fusion d'images

En radiothérapie confonnationnelle le calcul des doses et des balistiques des rayons à appliquer pour irradier la tumeur se fait en se basant sur des images scanner prises avant le traitement qui dure plusieurs séances réparties en plusieurs semaines. Au début de chaque séance, le patient doit être installé sur la table de traitement dans les conditions initiales de planification. Actuellement, les méthodes les plus utilisées pour ce repositionnement souffrent de lacunes, car elles se basent sur l'anatomie externe et supposent une immobilité des organes internes. De ce fait, des marges d'erreurs sont prévues dans la définition des volumes pour prendre en considération les mouvements des membres. Des méthodes utilisant la fusion d'informations issues de plusieurs modalités d'imagerie ont prouvé leur efficacité pour guider le repositionnement. Cependant, elles nécessitent souvent des traitements qui sont manuels ou semi-automatiques handicapant ainsi leur utilisation en routine clinique.Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés au repositionnement du patient en radiothérapie de la prostate par une mise en correspondance entre des images échographiques et les images de planification. Notre apport réside en une automatisation des traitements pour les adapter à une utilisation plus facile en condition clinique. La méthode est basée sur un repérage en temps réel des images échographiques par stéréovision et une mise en correspondance rapide et précise avec des images virtuelles re-générées dans le volume de planification. Elle exploite une modélisation statistique de la prostate pour extraire automatiquement ses contours. Les premiers tests de la méthode dans les conditions réelles d'une séance de radiothérapie montrent qu'elle est capable de reproduire le repositionnement avec une précision de 1.4 mm. Les perspectives concernent l'utilisation en routine de la méthode et l'étude d'une éventuelle réduction des marges d'erreur prévues dans la planification pour augmenter les doses à délivrer par semaine et la réduction de la période de traitement.LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF