A 3D ultrasound-based tracking system for prostate biopsy distribution quality insurance and guidance

• Auteur / Autrice : Michael Baumann
• Direction : Jocelyne Troccaz, Vincent Daanen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Imagerie, vision, robotique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Techniques de l’ingénierie médicale et de la complexité - Informatique, mathématiques et applications (Grenoble, Isère, France)
• Jury : Président / Présidente : Augustin Lux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jocelyne Troccaz, Vincent Daanen, Purang Abolmaesumi, Emmanuel Chartier-Kastler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Odile Berger, David J. Hawkes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biopsie

Prostate -- Cancer

Résumé

A l'heure actuelle, la procédure clinique standard de prélèvement de biopsies de la prostate est effectuée sous contrôle échographique 2D en utilisant un protocole systématique. Il est difficile pour le clinicien de localiser les cibles de biopsie avec précision, et il est impossible de connaître la position exacte des tissus échantillonnés après l'intervention. Dans ce mémoire, nous proposons une méthode permettant de localiser la position des tissus prélevés avec une précision millimétrique par rapport à une image 3D de la prostate de référence. Elle combine des techniques de recalage rigide et élastique basées sur les intensités (recalage iconique) avec des modèles a priori des contraintes biomécaniques. Ce travail permet la mise en œuvre d'applications telles que la validation postopératoire de la distribution des biopsies et l'établissement de cartographies précises des tissus cancéreux, ce qui permettrait éventuellement un traitement localisé du cancer de la prostate. L'approche proposée permet également de guider le clinicien vers des cibles définies sur l'image de référence, provenant par exemple d'une autre modalité d'imagerie telle que l'IRM ou le SpectroIRM.

The clinical standard procedure for prostate biopsy acquisition is currently performed under ultrasound control following a systematic protocol. It is difficult for the clinician to aim the biopsy targets precisely and it is impossible to know the exact sampling locations after the intervention. This thesis proposes a method for localization of the sampled tissues with a precision of about a millimeter with respect to a 3D image of the prostate that serves as reference. The approach combines rigid and elastic registration techniques driven by cost functions defined on the image intensities with a priori models of the bio-mechanical constraints of the acquisition process. This work makes it possible to implement applications like post-interventional validation of the biopsy distribution and precise cancer distribution maps, which could make focal prostate cancer treatment possible. The proposed approach also allows to guide the clinician towards targets defined in the reference image, these targets might originate for instance from a different imaging modality like MRI or SpectroMRI.