Couplage d’une simulation mécanique 3D et de l’imagerie peropératoire 2D pour l’assistance au geste chirurgical de pose d’endoprothèse

Coupling of a 3D mechanical simulation and 2D intraoperative imaging for computer assisted endovascular repair

• Auteur / Autrice : Aymeric Pionteck
• Direction : Stéphane Avril
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 23/01/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Ingénierie et Santé / CIS-ENSMSE
• Jury : Président / Présidente : Adrien Bartoli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Avril, Adrien Bartoli, Yohan Payan, Gilles Soulez, Sébastien Gorges, Fanny Morin, Jean-Noël Albertini, Baptiste Pierrat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yohan Payan, Gilles Soulez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Imagerie médicale

Anévrisme de l'aorte

Prothèses internes

Mots clés libres

Endoprothèse

Modèle éléments finis

Anévrisme aortique

Recalage non rigide

Imagerie peropératoire

EVAR

Stent

Stent graft

Finite elements models

Aortic aneurysm

Non rigid registration

Intraoperative imaing

EVAR

Stent

Résumé

Pour une majorité de patients nécessitant une intervention pour un anévrisme de l’aorte abdominale (AAA), la réparation endovasculaire (EVAR) a remplacé la chirurgie ouverte, très traumatisante. L’EVAR consiste à positionner une Endoprothèse (EP) dans le sac anévrismal pour éviter son risque de rupture. Cependant, le nombre de complications postopératoires, liées à un mauvais positionnement de l’EP, nécessite encore d’être diminué. Une partie des complications provient de difficultés lors de l’intervention. Ces difficultés seraient significativement réduites si le praticien avait accès à une visualisation tridimensionnelle de l’artère et des outils. Ainsi, pour répondre à cette problématique, un outil d’assistance au geste chirurgical de pose d’EP a été développé durant notre travail. Celui-ci permet de mettre-à-jour la géométrie de l’artère puis de simuler numériquement le déploiement du dispositif. La méthode est fondée sur le couplage des informations issues de l’imagerie opératoire 2D avec des modèles mécaniques simplifiés en 3D. Elle est divisée en deux parties : le recalage non-rigide de l’artère et la méthode de simulation rapide du déploiement des EPs. L’approche est basée sur une unique image peropératoire provenant d’un arceau mobile et requiert un temps de calcul court. Les performances de la méthode ont été testées à l’aide de données cliniques. La précision atteinte par le recalage non-rigide et par la simulation du déploiement individuel des stents est compatible avec les attentes cliniques. Notamment, le positionnement des fenêtres est suffisamment précis pour assister correctement le cathétérisme des artères secondaires dans le cas d’EPs fenêtrées.

For a majority of patients requiring abdominal aortic aneurysm (AAA) surgery, endovascular repair (EVAR) has replaced open surgery. EVAR consists of positioning a stent graft (SG) in the aneurysmal sac to avoid the risk of rupture. However, the number of post-operative complications related to poor positioning of SG still needs to be reduced. Some of the complications are due to difficulties during the procedure. These difficulties would be significantly reduced if the practitioner had access to a three dimensional visualization of the artery and tools. Thus, to address this issue, a tool for computer assisted surgery has been developed in our work. This allows the geometry of the artery to be updated and the deployment of the device to be digitally simulated. The method is based on the coupling of information from 2D intraoperative imaging with simplified 3D mechanical models. It is divided into two parts: the non-rigid registration of the artery and the fast method for virtual SG deployment. To smoothly integrate into the clinical flow, the approach is based on a single intraoperative image from a mobile C-arm and requires a reasonably short computation time. The performance of the method was tested using clinical data. The accuracy achieved by non-rigid registration and simulation of individual stent deployment is compatible with clinical expectations. In particular, the positioning of the fenestrations is sufficiently precise to correctly assist the catheterization of the secondary arteries in the case of fenestrated SGs. This work opens the way to many promising prospects, and in particular to the implementation of this tool in an industrial and clinical context.