Sujet de thèse – Correction de mouvement en imagerie interventionnelle 3D par rayons X

Cyril Riddell

Description

Sujet de th èse  CIFRELORIA (equipe Magrit) / GE Healthcare– Mod élisation de la d éformation des organes pour l’imagerie  interventionnelle1 – Contexte applicatifLa radiologie interventionnelle est une discipline médicale récente dont l’objectif est de permettre des thérapies minimalement invasives, pour traiter des pathologies variées (vasculaires, tumorales , osseuses, etc.) à l’aide de micro­outils introduits par voie percutan ée et guid és gr âce à des techniques d’imagerie temps r éel. La méthode de guidage la plus employée est l’imagerie interventionnelle par rayons X, où le médecin utilise des images 2D à rayons X, dites images fluoroscopiques, pour naviguer et déployer les micro­outils interventionnels.  Des acquisitions tomographiques en rotation autour du patient permettent de disposer sur le m ême système d’images 3D préopératoire de la pathologie  à traiter. Enfin, des m éthodes avanc ées de guidage des micro­outils commencent  à apparaître. Certaines permettent de superposer  à l’image fluoroscopique des informations extraites d’images 3D pr é­ ou per­op ératoires, d’autres permettent la localisation temps­r éel des outils dans ces images 3D. Une des limitations actuelles tant des méthodes d’acquisition 3D per­opératoire que des méthodes avancées de guidage est qu’elles supposent une absence totale de mouvement (ou tout au plus un mouvement seulement rigide) entre les images 3D pré ...

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Extrait

Sujet de thèse CIFRE LORIA (equipe Magrit) / GE Healthcare

– Modélisation de la déformation des organes pour l’imagerie interventionnelle

1 – Contexte applicatif

La radiologie interventionnelle est une discipline médicale rédont l’objectif est de permettre des thcente érapies minimalement invasives, pour traiter des pathologies varié osseuses, etc.)es (vasculaires, tumorales ,à de l’aide micro-outils introduits par voie percutanée et guidés grâceàdes techniques d’imagerie temps réel.

La méthode de guidage la plus employée est l’imagerie interventionnelle par rayons X, oùle médecin utilise des images 2Dàrayons X, dites images fluoroscopiques, pour naviguer et déployer les micro-outils interventionnels. Des acquisitions tomographiques en rotation autour du patient permettent de disposer sur le même système d’images 3D préopératoire de la pathologieàtraiter. Enfin, des méthodes avancées de guidage des micro-outils commencentà  apparaître. Certaines permettent de superposeràl’image fluoroscopique des informations extraites d’images 3D pré- ou per-opératoires, d’autres permettent la localisation temps-réel des outils dans ces images 3D.

Une des limitations actuelles tant des méthodes d’acquisition 3D per-opératoire que des méthodes avancées de guidage est qu’elles supposent une absence totale de mouvement (ou tout au plus un mouvement seulement rigide) entre les images 3D pré/per opératoire et les organes du patient pendant l’intervention. En réalité, d’une part les organes du thorax et de l’abdomen se déplacent et se déforment sous l’effet de la respiration et de la position du patient sur la table, d’autre part le déploiement des outils (aiguille, prothèse endo-vasculaire, etc) peut créer par lui- même une déformation des organes.

L’objectif de la présente thèse est de développer des modèles mathématiques décrivant la déformation des organes avec le formalisme de la mécanique des milieux continus et prenant en compte les spétificicés de l’imagerie interventionnelle. Pour réduire la complexitédu problèse concentrera essentiellement sur la modme, on élisation du foie, organe sur lequel est pratiquéun nombre largement croissant d’interventions de radiologie interventionnelle, telles que embolisation ou ablation de tumeurs héatiqp.seu  

2 – Objectifs scientifiques

Troisétapes majeures serontàeffectuer : la construction de modèles de déformation des organes, puis la définition de méthodes permettant de mettreàjour ces modèlesàpartir de séquences dynamiques d’images fluoroscopiques et enfin la validation de l’ensemble dans le cadre d’une application médicale telle que le roadmap 3D.

Construction de modèles On s’attachera dans un premier tempsàconstruire un modèle biomécanique des déplacements et déformations du foie, en intégrantàce modèle les autres organes qui influent sur la déformation du foie (diaphragme, côtes, etc) via le mouvement respiratoire [1, 2].

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Les modèles décritsàce jour dans la littédans le domaine de la radiothrature, notamment érapie, sont souvent basés, pour leur identification, sur l’utilisation de deux acquisitions scanner obtenuesàdeux instants différents du cycle respiratoire. De telles acquisitions sont toutefois réservéesàdes protocoles cliniques très particuliers et ne sont pas disponibles dans le cas général des patients traités en radiologie interventionnelle. Les modèles devront doncêtre identifiables àpartir des données disponibles en radiologie interventionnelle,àsavoir : une acquisition scanner ou IRM pré-opératoire, une image 3D per-opératoire et des séquences temporelles d’images 2Dà rayons X per- opératoire. De plus, la plupart des modèles respiratoires existants ne s’intéressent qu’aux poumons alors que le besoin ici est de modéliser les déformations de l’ensemble des organes ayant une influence sur le foie.

Pilotage du modèleàpartir de séquence fluoroscopiques Par rapport aux travaux de la littérature effectués pour d’autres domaines applicatifs (radiothérapie, chirurgie) une originalitéimportante en interventionnelle est de pouvoir disposer, radiologieàtout moment de l’intervention, de séquences temps-réel de fluoroscopie du foie en mouvement. Toutefois, les tissues mous du foie n’étant pas directement visibles sur les imagesàrayonx X, le mouvement du foie ne s’observera que de manière indirecte, au travers du mouvement de structuresà fort la fronti contraste telle que :ère poumon/foie, les côtes, ou les outils insérées dans le foie. d Onéveloppera des méthodes permettant d’extraire des images fluoroscopiques des informations sur le mouvement du foie, de manière d’une partàidentifier les paramè modtres duèle et d’autre partà  adapter le modèle aux images fluoroscopiques en temps réel.

Validation applicative

La précision et l’intérêt clinique des méthodes développées seront démontrés au travers de leur utilisation dans une application médicale de fusion d’image telle que le Roadmap 3D, qui consisteà aux images superposer fluoroscopiques une cartographie des vaisseaux extraite d’une image 3D, de manièreà faciliter la navigation endovasculaire. 

Compétences souhaitables

Math applis, mécanique, traitement d’image.

Références

[1]K. Brock, M. Sharpe, L. Dawson, S. Kim, D. Jaffray. Accuracy of finite element model-based multi-organ deformable image registration. Medical physics, 32(6) :1647-59, June 2005. [2]A.L. Didier,P.F. Villard,J. Saadé,J.M. Moreau,M. Beuve,B. Shariat chest wall model. A based on rib kinematics. International Conference on Information Visualization, IEEE. Barcelona, Spain. 2009.

Contacts: Envoyez votre dossier de candidature àbreeg@rrilofra., [e-mail],[e-mail],[e-mail].

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