From volume medical images to quadratic surface patches

Projet SYNTIMIn this paper, we show how to extract reliable informations about the shape of 3D objects, obtained from volume medical images . We present an optimal region-growing algorithm, that makes use of the differential characteristics of the object sur face, and achieves a stable segmentation into a set of patches of quadratic surfaces. We show how this segmentation can be used to recognize and locate a target sub-structure on a global anatomic structure

Using a smart phone for information rendering in Computer-Aided Surgery

Computer-aided surgery intensively uses the concept of navigation: after having collected CT data from a patient and transferred them to the operating room coordinate system, the surgical instrument (a puncture needle for instance) is localized and its position is visualized with respect to the patient organs which are not directly visible. This approach is very similar to the GPS paradigm. Traditionally, three orthogonal slices in the patient data are presented on a distant screen. Sometimes a 3D representation is also added. In this study we evaluated the potential of adding a smart phone as a man-machine interaction device. Different experiments involving operators puncturing a phantom are reported in this paper

A new way to access the interaction forces between complex tissues and needles

International audienceThe aim of this study is to determine a generic static loading basis applied on a medical needle inserted into human tissue during a percutaneous procedure. Such a basis can be worthwhile to highlight the forces effectively encountered in a medical act and may be useful to develop models of needle deflection or medium deformation

TER: A Robot for Remote Ultrasonic Examination: Experimental Evaluations

This chapter: o Motivates the clinical use of robotic tele-echography o Introduces the TER system o Describes technical and clinical evaluations performed with TE

Computer-assisted electromagnetic navigation improves accuracy in CT guided interventions (a prospective randomized clinical trial)

Objectifs : Un système de navigation a été developpé et affiche en temps réel pendant le geste le trajet de l aiguille dans un volume 3D tomodensitométrique. L'étude CTNAV compare la précision de mise en place de l aiguille avec le système de navigation (groupe NAV) et selon les modalités habituelles sans système de navigation (groupe CT). Matériels et méthodes : Essai clinique comparatif, prospectif, en groupes parallèles, randomisé, contrôlé. N=120 patients devant bénéficier d un geste sous guidage tomodensitométrie répartis aléatoirement en deux groupes de 60, stratifiés selon la difficulté prévisible du geste. Critère de jugement principal : Distance entre la trajectoire planifiée et la trajectoire réalisée, définie par l'aiguille d'anesthésie. Tests statistiques de comparaison non paramétriques. Résultats : Analyse au terme de l étude, résultats statistiques préliminaires. N=113 patients (CT:58 NAV:55). Critère de jugement principal (distance) médiane groupe CT : = 9,5 mm [Q1:4,9 Q3:15,2], médiane groupe NAV = 3,8 mm [Q1:2,7 Q3:8,3] p<0,001. Critère secondaire d'angle entre les trajectoires : médiane groupe CT : 8,2 [Q1:6,1 Q3:10,5], médiane groupe NAV 4,1 [Q1:2,2 Q3:7,6] p<0,001. Conclusion : Le système de navigation apporte un gain de précision significatif pour la radiologie interventionnelle sous tomodensitométrie.GRENOBLE1-BU Médecine pharm. (385162101) / SudocSudocFranceF

Évaluation de la fibrose hépatique par l étude de la régularité de la surface du foie en échographie haute résolution (intérêt d un logiciel d analyse quantitative par rapport à une interprétation radiologique subjective)

La fibrose hépatique est la principale conséquence lésionnelle de toute agression chronique du foie. Le degré d atteinte est déterminant pour l évaluation de la gravité et du pronostic. La PBH est actuellement l examen de référence pour cette évaluation, mais elle comporte plusieurs limites justifiant l utilisation d autres examens non invasifs de diagnostic de la fibrose, parmi lesquels l élastométrie par FibroScan® et l échographie. Parmi les signes échographiques de fibrose, l étude des irrégularité de la surface hépatique à la sonde d échographie haute résolution apparaît comme un des critères les plus fiables pour discriminer les cirrhoses et fibroses sévères des stades de fibroses plus minimes. Néanmoins l appréciation subjective de ces irrégularités par les radiologues est une tâche difficile. L objectif de cette étude est donc d évaluer les performances d un logiciel d analyse quantitative de la surface du foie pour le diagnostic de fibrose significative en échographie et de le comparer à une interprétation radiologique subjective, et à la mesure de l élastométrie par FibroScan®. Ce logiciel semble un outil utile pour le diagnostic de fibrose significative avec une AUROC à 0,80 (IC 95%:0,71-0,87) et une excellente VPN. Ses performances globales sont comparables à celles du FibroScan®, et significativement supérieures à celles de l interprétation radiologique subjective. Son intérêt par rapport aux autres tests non invasifs de fibrose reste à définir par une étude plus importante. Dans une optique de dépistage, il pourrait s avérer intéressant pour identifier de façon simple, rapide et non invasive, les fibroses minime ou absente ne nécessitant pas d explorations complémentaires.GRENOBLE1-BU Médecine pharm. (385162101) / SudocSudocFranceF

Développement d'outils informatiques pour le traitement et la simulation en imagerie médicale (à propos de trois applications)

La première partie de cette thèse décrit le logiciel de simulation que nous avons développé afin de tester les algorithmes d'interpolation utilisés sur les scanners multi-barrettes. En effet, les données publiées par les différents constructeurs apparaissent contradictoires : alors que certains restreignent le choix du pitch à certaines valeurs considérées comme optimales, d'autres annoncent des propriétés quasi indépendantes du choix du pitch. Notre étude montre que ces discordances surviennent lorsque l'on restreint l'analyse à certains cas particuliers. En traitant ici le cas général, nous explicitons les limites des algorithmes d'interpolation, et nous démontrons la possibilité de très bonnes propriétés pour le scanner multi-barrettes sous réserves d'une acquisition selon un mode de +- sur-collimation a. La deuxième partie de cette thèse présente le logiciel de post-traitement que nous avons développé afin de visualiser les données d'une échographie 3D gynécologique sous la forme d'images d'hystéroscopie virtuelle. Dans ce travail portant sur quatre patientes explorées à la fois par hystérosonographie trans-vaginale 3D et par hystéroscopie, nous démontrons la possibilité de créer, à partir des données échographiques, des images virtuelles qui reproduisent fidèlement l'aspect hystéroscopique réel de lésions intra-utérines (fibromes ou polypes).La troisième partie de cette thèse décrit l'etude que nous avons menée sur les performances d'un radiologue et de deux anesthésistes-réanimateurs pour l'interprétation de clichés thoraciques numériques de réanimation chirurgicale, en comparant la lecture sur film avec la lecture sur un écran de résolution standard. Les performances observées pour la détection de l'équipement sont quasiment indépendantes du support ainsi que du lecteur. En ce qui concerne la détection des pathologies, l'analyse globale ne met en évidence qu'une différence à la limite de la significativité en faveur de l'interprétation sur film. En revanche, dans les conditions de cette étude, nous retrouvons des performances significativement supérieures pour le lecteur radiologue que pour les lecteurs anesthésistes-réanimateurs. Pour le type de tâche étudié ici, les résultats obtenus suggèrent que le facteur humain peut être plus déterminant que le facteur matériel.GRENOBLE1-BU Médecine pharm. (385162101) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

Intérêt de l utilisation d une station de navigation dans le guidage des gestes effectués sous tomodensitométrie

La radiologie interventionnelle percutanée scano-guidée est une technique peu invasive, permettant d accéder à une lésion, que ce soit pour en prélever un échantillon ou pour la traiter. L opérateur tient à sa disposition différentes aides permettant de planifier sa trajectoire et guider son aiguille. Nous présentons l évaluation sur fantôme (planche traversée de trous aux angulations variables) d une station de navigation optique, dont le principal avantage est de permettre l exploration du volume d imagerie, qui peut être balayé directement au dessus du patient. Alors que le système optique évalué apporte un avantage en terme de temps, le gain en terme de précision est partiel. En effet, par rapport à la méthode classique, les gestes réalisés avec le système optique sont plus rapides (4min27s versus 6min30s) et plus précis concernant la distance à la cible (6mm versus 12mm) (p<0,05). En terme d angulation les résultats sont discordants avec un avantage de la station de navigation uniquement dans le plan axial. Des améliorations techniques devraient permettre d améliorer les résultats dans le plan sagittal. Le protocole de recherche présenté propose d évaluer l apport de la station dans une étude clinique comparative. Afin d obtenir des groupes comparables, l évaluation principale portera donc sur la précision de la mise en place de l aiguille d anesthésie, étape commune et identique à tous les gestes. Cette étude devrait permettre au radiologue de changer ses habitudes de planification en multipliant ses possibilités d exploitation du volume d imagerie. On s attend à ce que la station apporte un gain de temps et de précision comparativement à la méthode classique.In interventional radiology, computed tomography (CT)-guided procedures are a commonly and effective performed procedure of obtaining or treating lesions in various regions of the body. Radiologists have different methods for trajectory planning and needle guiding. We have evaluated an optical navigation system on fantom. This navigation system is an important aid to choose its trajectory just above the patient. This evaluation aimed to compare classical method with navigation system. Gestures were performed faster with the station (4min27s versus 6min30s) and more accurately concerning the distance between the needle s top and the hole(6mm versus 12mm) (p<0,05). In term of angulation results are discordant. In fact navigation system showed only an advantage in the axial plan but not in the sagittal plan. Technical improvements have been performed to improve results in the sagittal plan. The research protocol of the clinical study is presented. Main evaluation will only concern orientation and position of needle anesthesia. This study should allow radiologists to change their habits by giving the opportunity to explore the totality of the imaging volume just above the patient.GRENOBLE1-BU Médecine pharm. (385162101) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

Mise en place d'un protocole de prise en charge standardisée des douleurs abdominales aux urgences du CHU de Grenoble

Les douleurs abdominales aiguës représentent 15 % des admissions au service des urgences médicales du CHU de Grenoble. Leur prise en charge mobilise le personnel des urgences mais également celui des services d'imagerie, de biologie, de chirurgie digestive et urologique, de gastro-entérologie et de gynécologie. Or il n'existe pas dans la littérature française de protocole commun permettant de coordonner le travail des urgentistes avec celui des multiples intervenants. L'objectif de ce travail a donc été d'établir un protocole de prise en charge standardisée des douleurs abdominales aiguës, adapté au service d'accueil des urgences médicales avec les particularités propres au CHU de Grenoble et accepté par l'ensemble des intervenants. Ce protocole se présente sous la forme d'une fiche de recueil des données cliniques, d'une liste des examens biologiques indiqués, d'un tableau de conduites à tenir pour les avis médico-chirurgicaux spécialisés et pour la prescription d'imagerie, et enfin d'ordonnances-type de sortie pour la réalisation d'examens d'imagerie en externe. Ces différents éléments ont été conçus pour être intégrés au dossier médical informatisé des urgences. A titre préliminaire, son application a été testée durant une semaine afin d'évaluer la faisabilité et l'impact de ce protocole. Une précédente étude réalisée au CHU de Grenoble avait montré que 52 % des radiographies d'Abdomen Sans Préparation (ASP) prescrites aux urgences médicales n'étaient pas indiquées. Le taux de prescriptions justifiées d'ASP a donc été choisi comme indicateur préliminaire pour évaluer l'impact du protocole. Durant cette période les médecins ont rempli la fiche de recueil des données cliniques sur papier et réalisé leurs prescriptions en s'aidant du tableau des conduites à tenir. Au terme de l'étude 20 fiches ont été remplies sur un total de 65 admissions pour douleur abdominale (31 %). Le problème principal rencontré a été celui de l'information de l'équipe médicale, rendue très difficile par le nombre des intervenants concernés et par la surcharge de travail propre au service des urgences. Il apparaît cependant que le protocole a été bien perçu par les utilisateurs, comme une aide au diagnostic et à la prescription d'avis spécialisés et d'imagerie. Sur ces 20 patients, 10 ASP ont été prescrits et 7 correspondent aux indications retenues. Ceci suggère donc une incidence favorable du protocole sur le taux de prescription, même si le nombre restreint de dossiers ne permet pas de conclure de manière définitive. Nous proposons de poursuivre l'évaluation de ce protocole par une étude prospective sur six mois, en intégrant les différents outils proposés au logiciel informatique des urgences. Nous pourrons ainsi démontrer sur un plus long terme le bénéfice apporté par ce protocole dans la prise en charge des patients.GRENOBLE1-BU Médecine pharm. (385162101) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

Intérêt de l élastographie ShearWave pour la prise en charge des nodules thyroïdiens (étude Swethy)

Objectifs : Évaluer l intérêt de l élastographie ShearWave pour la prise en charge des nodules thyroïdiens. Critère de jugement: nombre de cytoponctions évitables par un critère de bénignité écho+/-élastographique. Patients et méthodes : Étude prospective sur 2 ans (protocole n2010-A00979-30) incluant des patients adressés pour cytoponction +/- chirurgie de nodules thyroïdiens. Inclusion de 34 patients lors de cette analyse intermédiaire. Échographie puis élastographie ShearWave (Supersonic Imagine, France) ; mesures en kPa des index d élasticité dans le nodule et le tissu sain. Confrontation aux résultats cytologiques, et/ou histologiques. Résultats : L augmentation du seuil échographique de bénignité n aurait pas pu éviter de cytoponction sans méconnaître de nodule malin. L index d élasticité (IE) des nodules malins est plus élevé que celui des nodules bénins (68kPa vs 41kPa). Les performances de l élastographie pour le diagnostic de bénignité (seuil : IE < 46kPa) sont : Se 62,5%, Spé 100%, VPP 100%, VPN 25%. 15/24 cytoponctions pour nodule bénin auraient pu être évitées (aire sous la courbe ROC 0,8611). La combinaison écho-élastographique permet de poser le diagnostic de bénignité en cas de nodule TIRADS < 5 et d IE < 68kPa avec les performances suivantes : Se 95,83%, Spé 100%, VPP 100%, VPN 66,67%. 23/24 cytoponctions pour nodules bénins auraient pu être évitées (aire sous la courbe ROC 0,9792). Conclusion : L inclusion de l élastographie dans la prise en charge des nodules thyroïdiens permettrait d éviter un grand nombre de ponctions bénignes ou de chirurgies, sans se passer d une surveillance échographique voire cytologique en cas de modification suspecte.Objective: The purpose of this study was to evaluate ShearWave elastography (SWE) for thyroid nodules diagnosis. The main outcome is the number of FNAC avoided by a benignity criterion. Patients and methods: This work is an intermediate analysis of a clinical research protocol. 34 patients were included in a prospective trial. Data were collected 7 month after the study start. All patients were referred for fine needle aspiration cytology (FNAC) or thyroid nodule surgery. Each nodule was analysed at sonography to evaluate the ability of US individual features and TIRADS score to estimate benignity and malignity. Then elasticity index (EI, kPa) was measured in the nodule and in surrounding tissue (Supersonic Imagine, France). Correlation was done between US parameters, TIRADS score, elasticity, FNAC and histologic results. ROC curves were used to compare area under curve (AUC) of US, elastography and combined score. Results: No FNAC could have been avoided by TIRADS score. EI was higher in malignant (68kPa) than in benign nodules (41kPa). SWE is able to classify nodules with an AUC measured 0.8611, and to predict benignity with those performances (threshold 46kPa): Se 62.5%, Spe 100%, VPP 100%, VPN 25%. It would have avoided 15/24 FNAC for benign nodules. A combined score (TIRADS <5 and threshold <68kPa) can predict benignity with those performances: Se 95.83%, Spe 100%, VPP 100%, VPN 66.67%. It would have avoided 23/24 benign FNAC. AUC of ROC curve is measured 0.9792. Conclusion: ShearWave elastography could reduce the number of unnecessary FNAC or surgery of benign nodules. A clinical and ultrasonographic follow-up remains needed.GRENOBLE1-BU Médecine pharm. (385162101) / SudocSudocFranceF