Academic literature on the topic 'Navigation échographique'

Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est le sixième cancer en termes d'incidence dans le monde et le quatrième le plus meurtrier en 2018. La transplantation hépatique est le moyen le plus efficace de traiter le CHC, permettant de traiter le cancer et la maladie hépatique sous-jacente. Cependant, en raison de la pénurie de greffons, elle n'est pratiquée que chez 3 à 4 % des patients. Les traitements d'ablation thermique administrés par voie interstitielle constituent une alternative moins invasive pour le patient et présentent l'avantage de préserver une plus grande proportion de tissu non tumoral. Toutefois, ces techniques de traitement interstitiel ne permettent pas de traiter les CHC de plus de 2,5 cm de rayon ou nécessitent l'insertion de plusieurs aiguilles de traitement, ce qui augmente la complexité de la procédure. En outre, le traitement n'est pas conformationnel : le volume d'ablation thermique ne s'adapte pas à la forme de la tumeur. Cela peut parfois empêcher le traitement d'être effectué sans risquer d'endommager des structures anatomiques critiques. Les techniques de thérapie par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) sont prometteuses dans le cas du CHC car elles permettraient de réaliser des ablations conformationnelles sur un rayon étendu jusqu’à 3 cm. L'utilisation de ce type de technologie pourrait traiter des CHC actuellement non traitables tout en préservant les structures à risque, élargissant ainsi le rôle des ablations interstitielles. Des simulations d'un nouveau cathéter ultrasonore ont été réalisées pour concevoir un cahier des charges et vérifier la faisabilité du projet en termes de focalisation et d'ablation. Un cathéter ultrasonore bimodal (assurant l’imagerie B-mode et la thérapie thermique avec les mêmes éléments) de 3 mm de diamètre et de 64 éléments piézoélectriques fonctionnant à 5,5 MHz a été sous-traité en conséquence. Tout d'abord, les capacités d'imagerie échographique ont été évaluées et confirmées. Le prototype a ensuite été caractérisé électroniquement et acoustiquement. Les performances thermiques du cathéter ont été étudiées en trois dimensions sous thermométrie IRM et ont validé les outils de simulation tout en démontrant l'aspect directionnel des échauffements induits. Ces résultats ont conduit à réaliser des essais in vitro sur foie animal. Des ablations radiales centimétriques ont confirmé, pour la première fois, les capacités du cathéter à effectuer des ablations thermiques. La robustesse du prototype sur l'ensemble des essais a été étudiée. Enfin, la remise en place d'une plateforme de navigation échographique a donné lieu à la reconstruction de volumes tumoraux en 3 dimensions. L'association du cathéter avec cette plateforme robotisée a permis de générer des ablations thermiques volumiques en 3 dimensions et de traiter des volumes compatibles avec les tumeurs primaires rencontrées en pratique clinique
Hepatocellular carcinoma (HCC) is the sixth most common cancer in terms of incidence worldwide, and the fourth most deadly in 2018. Liver transplantation is the most effective way to treat HCC, enabling both the cancer and the underlying liver disease to be treated. However, due to the shortage of grafts, it is performed in only 3% to 4% of patients. Interstitial thermal ablation treatments offer a less invasive alternative for the patient, and have the advantage of preserving a greater proportion of non-tumoral tissue. However, these interstitial treatment techniques are unable to treat HCCs larger than 2.5 cm in radius, or require the insertion of multiple treatment needles, increasing the complexity of the procedure. In addition, the treatment is not conformal: the thermal ablation volume does not adapt to the shape of the tumor. This can sometimes prevent the treatment from being carried out without risking damage to critical anatomical structures. High-intensity focused ultrasound (HIFU) therapy techniques hold promise for HCC, enabling conformal ablation over an extended radius of up to 3 cm. The use of this type of technology could treat currently untreatable HCC while preserving at-risk structures, thus expanding the role of interstitial ablations. Simulations of a new ultrasound catheter were carried out to design specifications and verify the feasibility of the project in terms of focusing and ablation. A bimodal ultrasound catheter (providing B-mode imaging and thermal therapy with the same elements) with a diameter of 3 mm and 64 piezoelectric elements operating at 5.5 MHz was subcontracted accordingly. First, ultrasound imaging capabilities were assessed and confirmed. The prototype was then characterized electronically and acoustically. The thermal performance of the catheter was studied in three dimensions under MRI thermometry, validating the simulation tools and demonstrating the directional aspect of induced heating. These results led to in vitro tests on animal liver. Centimeter radial ablations confirmed, for the first time, the catheter's ability to perform thermal ablations. The prototype's robustness over the full range of tests was also studied. Finally, the re-installation of an ultrasound navigation platform led to the reconstruction of tumor volumes in 3 dimensions. Combining the catheter with this robotized platform enabled the generation of 3-D volumetric thermal ablations, and the treatment of volumes compatible with primary tumors encountered in clinical practice

L’objectif principal d’une Arthroplastie Totale de Hanche (ATH) est de réduire la douleur en reproduisant les propriétés mécaniques de l’articulation de la hanche à l'aide d'implants artificiels, qui assurent également une fonctionnalité optimale. Ce travail traite de la navigation de l’ATH, à base d’échographie, en mettant l'accent sur la navigation de l'implant fémoral. La conception d'un système de navigation pour l’ATH, basé sur l’échographie peropératoire et CT préopératoire et focalisant sur l’implant fémoral, est proposée. Il fournit un feed back visuel et quantitatif sur l'insertion de l'implant. Le pipeline de navigation proposé inclut : la calibration de la sonde, la segmentation tenant compte de la géométrie d’acquisition, et le recalage profitant de la forme quasi symétrique du fémur. La précision est évaluée en termes cliniques.Les temps d'exécution et la précision obtenus sont encourageants et rendent le pipeline proposé valable pour être évalué en utilisant des données réelles des patients. Une fois notre étude réussie le défi peropératoire, d’autres applications telles que l'arthroplastie totale de l'épaule et l'ablation du cancer osseux peuvent en profiter
The principal aim of a Total Hip Arthroplasty (THA) is to reduce pain by reproducing the hip joint mechanical properties using artificial implants. This work addresses the ultrasound based navigation of THA, with a focus on the femoral implant. Using a calibrated 3D ultrasound probe, the aim is to image and recognize the femur after implant insertion, then to provide quantitative and visual navigation instructions for optimal implant placement. US bone interfaces are estimated per line of sight, then mapped to CT model profiting from the femur symmetry. The inaccuracy of the proposed navigation system is quantified in clinical terms. The obtained runtimes and accuracies make the proposed pipeline worthy to be tested in the OR. Once the proposed pipeline succeeds the intraoperative challenge, navigated bone tumor ablation and total shoulder arthroplasty can profit from our work

La ponction rénale percutanée est un geste d'urologie courant préliminaire à l'ablation de calculs. La taille réduite des cavités rénales, la présence de structures nobles, et l'information limitée que fournit l'imagerie interventionnelle, rendent complexe l'insertion de l'aiguille de ponction. En collaboration avec le service d'urologie de la Pitié-Salpêtrière, nous avons étudié la faisabilité d'un système d'assistance informatisée au geste de ponction. Notre travail a connu deux phases. D'abord, un protocole basé sur le triptyque planification/recalage/guidage a été validé ; il repose sur la segmentation manuelle des images scanner pré-opératoires et échographiques per-opératoires et sur un algorithme de recalage de nuages de points 3D. Dans un deuxième temps, une nouvelle méthode de recalage iconique permettant de s'affranchir des étapes de segmentation a été mise au point. Ces deux approches ont été mises en œuvre et expérimentées sur des fantômes, des pièces anatomiques et sur des données de patients. Nous en présentons les fondements et l'évaluation.

L'objectif des travaux présentés dans ce document est de développer de nouvelles méthodes de traitement d'images pour améliorer la planification et le guidage d'une thérapie par voie transœsophagienne de la fibrillation auriculaire à l'aide d'Ultrason Focalisé Haute Intensité. Le document est divisé en deux parties : la planification du traitement et le guidage de la thérapie. Pour la planification de la thérapie, l'idée est d'exploiter l'information acquise au stade préopératoire par un scanner X ou IRM afin de retrouver l'anatomie spécifique du patient et à y définir le futur geste thérapeutique. Plus particulièrement, nos différentes contributions ont porté sur une approche multi-atlas de segmentation de l'oreillette gauche et des veines pulmonaires ; le tracé des lignes de lésions sur le volume initial ou segmenté ; et la reconstruction d'un volume adapté à la future navigation transœsophagienne. Pour le guidage de la thérapie, nous proposons une nouvelle approche de recalage qui permet d'aligner les images échographiques peropératoires 2D et l'information 3D CT préopératoire. Dans cette approche, dans un premier temps nous avons sélectionné la mesure de similarité la plus adaptée à notre problématique à l'aide d'une évaluation systématique puis nous avons tiré profit des contraintes imposées à la sonde transœsophagienne par l'anatomie du patient pour simplifier la procédure de recalage. Toutes ces méthodes ont été évaluées sur des fantômes numériques ou physiques et sur des données cliniques
The work presented in this document aims at developing new image-processing methods to improve the planning and guidance of transesophageal HIFU atrial fibrillation therapy. This document is divided into two parts, namely therapy planning and therapy guidance. We first propose novel therapy planning methods that exploit high-resolution pre-operative CT or MRI information to extract patient-specific anatomical details and to define future therapeutic procedures. Our specific methodological contributions concern the following: an automatically-refined atlas-based segmentation approach to extract the left atrium and pulmonary veins; the delineation of the lesion lines on the original or segmented volume; and the reconstruction of a volume adapted to future intraoperative transesophageal navigation. Secondly, our proposal of a novel registration approach for use in therapy guidance aligns intraoperative 2D ultrasound with preoperative 3D CT information. This approach first carries out a systematic statistical evaluation to select the best similarity measure for our application and then takes advantage of the geometrical constraints of the transesophageal HIFU probe to simplify the registration process. Our proposed methods have been evaluated on digital and/or physical phantoms and on real clinical data

Ce travail de recherche s'inscrit dans un cadre de segmentation des images ultrasonores. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux techniques des ensembles de niveaux pour la segmentation du ventricule gauche. Pour appréhender ce problème, nous avons choisi une approche qui répond aux caractéristiques des images ultrasonores : le faible contraste, le bruit et le changement d'intensité. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'importance de l'information de phase locale estimée par le signal monogénique. Ainsi, une approche de segmentation basée sur l'information de phase locale et les statistiques locales a donc été développée. Une étape de validation a été élaborée par des tests sur des images de simulation et des images réelles par une comparaison avec des tracés manuels. Pour ce faire, nous avons utilisé une base de données composée de contours délimités manuellement et indépendamment par deux médecins. Ceci a permis la mesure de la variabilité inter et intra-observateur. Les résultats obtenus par notre approche comparés aux méthodes classiques basées sur le gradient ou les statistiques globales sont encourageants. Les résultats quantitatifs, effectués par une comparaison aux tracés manuels, permettent d'affirmer qu'ils sont adéquats par rapport à l’état de l'art. Les résultats obtenus sur les images de synthèse ont montré que notre approche est plus performante que les méthodes classiques basées sur le gradient ou sur les statistiques globales. L’intérêt de cette approche devient évident quand on analyse des images ayant des atténuations, mais aussi des images de faible contraste
This research work deals with the problem of cardiac ultrasound image segmentation. We are particularly interested by the techniques of level set segmentation of the left ventricle. To adress this problem, we chose an approach that respond well to the characteristics of ultrasound images : the low contrast, noise and change of intensity. Therefore, we have highlighted the importance of local phase information estimated by the monogenic signal. Thus, a segmentation approach based on local phase information and local statistics has been developed. A validation step has been performed with tests on simulated images and real images by comparison with manual tracings. To do this, we used a database of contours delineated manually and independently by tow physicians. This allowed the inter and intra-observer measurements. The results obtained by our approach, compared to conventional methods based on gradient or the global statistics, are encouraging. The quantitative results, carried out by a comparison with manual tracings, can be concluded that they are in the same ordre with the state of the art. The results obtained on synthetic images show that our approach is more efficient than conventional methods based on gradient or on the overall statistics. The advantage of this approach becomes evident when we analyse images with attenuation, and also images with low contrast