Suivi des structures osseuses par échographie : application à l'arthroplastie totale de la hanche

Ultrasound based femur implant navigation : total hip arthroplasty

• Auteur / Autrice : Oussama Haddad
• Direction : Eric Stindel, Jocelyne Troccaz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologie de l'information et de la communication
• Date : Soutenance le 21/03/2017
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de traitement de l’information médicale (Brest, Finistère) - Techniques de l’ingénierie médicale et de la complexité - Informatique, mathématiques et applications (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Haigron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Stindel, Jocelyne Troccaz, Pascal Haigron, Leo Joskowicz, Philippe Merloz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Leo Joskowicz, Philippe Merloz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prothèses de hanche

Arthroplastie

Échographie per-opératoire

Mots clés libres

Navigation

Orthopédie

Ultrasons

Recalage

Calibration

Segmentation

Navigation

Orthopedics

Ultrasound

Registration

Calibration

Segmentation

Résumé

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.