Urology & Computer Aided Surgery
Urologie & Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur (GMCAO)
Résumé
This thesis describes in three chapters the application of registration methods (geometric or iconic) for three different applications in urology. For the most part of theses applications, ultrasound (US) is used as per-operative imaging tool.
1/ Percutaneous puncture of the kidney is performed to reach a target inside the kidney. First, a geometric registration method between CT scan and US images is described before an iconic registration validated on phantom and a healthy subject. Secondly, a method allowing the projection of the US puncture tract into fluoroscopic images by the help of an external localizer is validated on phantom and 11 patients.
2/ To puncture for neuromodulation of the sacral nerve roots, we describe a registration method between CT scan and US images based on the segmentation of the interface between bone and muscle. This application is tested on phantom and one cadaver.
3/ The last chapter describes two different applications for prostate cancer. The first one is the registration between MRI and histology slices in the aim to build a statistical atlas of the cancer. The second one is a study on 14 patients about 3D distribution of prostate biopsies by an iconic registration of 3D US endorectal images. This approach is image-based, meaning that external localizer is not needed.
1/ Percutaneous puncture of the kidney is performed to reach a target inside the kidney. First, a geometric registration method between CT scan and US images is described before an iconic registration validated on phantom and a healthy subject. Secondly, a method allowing the projection of the US puncture tract into fluoroscopic images by the help of an external localizer is validated on phantom and 11 patients.
2/ To puncture for neuromodulation of the sacral nerve roots, we describe a registration method between CT scan and US images based on the segmentation of the interface between bone and muscle. This application is tested on phantom and one cadaver.
3/ The last chapter describes two different applications for prostate cancer. The first one is the registration between MRI and histology slices in the aim to build a statistical atlas of the cancer. The second one is a study on 14 patients about 3D distribution of prostate biopsies by an iconic registration of 3D US endorectal images. This approach is image-based, meaning that external localizer is not needed.
Cette thèse, ayant comme thème scientifique le recalage qu'il soit géométrique ou iconique, décrit trois applications cliniques dans le domaine de l'urologie. Elle s'appuie en grande partie sur l'utilisation de l'échographie comme capteur peropératoire.
Elle présente trois chapitres :
1. La ponction du rein dont le but est d'atteindre par voie percutanée une cible à l'intérieur du rein. Dans un premier temps, une approche de recalage par une mise en correspondance de nuages de points d'image échographiques et scanner est décrite avant l'évaluation d'une approche iconique sur fantôme et sur un sujet sain. Dans un second temps, une approche consistant à mettre en correspondance de façon automatique, à l'aide d'un localisateur externe, le trajet de ponction échographique dans des images de fluoroscopie est décrite puis validée sur fantôme et 11 patients.
2. La ponction des trous sacrés dans le but de placer une aiguille au contact des racines de nerfs sacrés. Nous décrivons une approche consistant à recaler par une approche géométrique des images scanner et échograpiques en détectant dans les images scanner l'interface os/muscle visible en échographie. Nous décrivons les expériences sur un fantôme et un sujet anatomique.
3. Le dernier chapitre décrit le développement de deux applications concernant le cancer de la prostate. La première est la reconstruction d'images 3D anatomopathologique de la prostate et leur recalage avec des images IRM dans le but de développer un atlas statistique de la distribution du cancer et d'améliorer la sémiologie radiologique. La méthode est décrite à partir de données de sujets anatomiques et d'un patient. La seconde est la localisation des biopsies de prostate par voie endorectale en employant une approche de recalage iconique échographique 3D monomodale afin d'améliorer la cartographie biopsique qui est essentielle pour le diagnostic et la prise en charge du cancer. Contrairement aux méthodes précédentes de recalage peropératoire décrite dans cette thèse, celle-ci est uniquement basée sur les images et permet donc de s'affranchir de l'utilisation d'un localisateur externe. Notre approche est validée par une étude clinique sur 14 patients.
Elle présente trois chapitres :
1. La ponction du rein dont le but est d'atteindre par voie percutanée une cible à l'intérieur du rein. Dans un premier temps, une approche de recalage par une mise en correspondance de nuages de points d'image échographiques et scanner est décrite avant l'évaluation d'une approche iconique sur fantôme et sur un sujet sain. Dans un second temps, une approche consistant à mettre en correspondance de façon automatique, à l'aide d'un localisateur externe, le trajet de ponction échographique dans des images de fluoroscopie est décrite puis validée sur fantôme et 11 patients.
2. La ponction des trous sacrés dans le but de placer une aiguille au contact des racines de nerfs sacrés. Nous décrivons une approche consistant à recaler par une approche géométrique des images scanner et échograpiques en détectant dans les images scanner l'interface os/muscle visible en échographie. Nous décrivons les expériences sur un fantôme et un sujet anatomique.
3. Le dernier chapitre décrit le développement de deux applications concernant le cancer de la prostate. La première est la reconstruction d'images 3D anatomopathologique de la prostate et leur recalage avec des images IRM dans le but de développer un atlas statistique de la distribution du cancer et d'améliorer la sémiologie radiologique. La méthode est décrite à partir de données de sujets anatomiques et d'un patient. La seconde est la localisation des biopsies de prostate par voie endorectale en employant une approche de recalage iconique échographique 3D monomodale afin d'améliorer la cartographie biopsique qui est essentielle pour le diagnostic et la prise en charge du cancer. Contrairement aux méthodes précédentes de recalage peropératoire décrite dans cette thèse, celle-ci est uniquement basée sur les images et permet donc de s'affranchir de l'utilisation d'un localisateur externe. Notre approche est validée par une étude clinique sur 14 patients.
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