Modélisation et simulation patient-dépendante, préopératoire, prédictive, et temps-réel du mouvement des organes de l'abdomen induit par la respiration libre

Preoperative, predictive and real-time patient-dependent modelling and simulation of abdominal organ movements induced by free breathing

• Auteur / Autrice : Alexandre Hostettler
• Direction : Yves Rémond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur. Informatique médicale
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscères

Diaphragme (anatomie)

Temps réel (informatique)

Biomécanique

Imagerie médicale

Respiration

Modèles mathématiques

Résumé

L'objectif de cette thèse est de modéliser et de simuler en temps réel le mouvement des viscères de l'abdomen durant la respiration libre à partir d'une acquisition 3D TDM. En effet, de nombreuses applications médicales (radiothérapie) ne compensent pas la variation de position des organes et aboutissent à des traitements potentiellement inadaptés. Nous utilisons un champ de déplacement calculé à partir du suivi optique de la position de la peau, et d'une modélisation patient-de��pendante du diaphragme à partir d'acquisitions en position inspirée et expirée. Les viscères sont assimilés à une entité unique et incompressible glissant le long du péritoine et de la plèvre. L'originalité de la méthode est de prendre en compte le déplacement cranio-caudal des viscères, mais également les déplacements latéraux et antéropostérieurs causés par l'asymétrie du mouvement. La position des viscères est alors calculée à 50 Hz, avec une précision évaluée sur deux patients comprise entre 2 et 3 mm.

The aim of this PhD thesis is to model and simulate in real-time the viscera motion during free breathing using a 3D CT acquisition. Indeed, many medical applications (radiotherapy) do not compensate variations in organ position and lead potentially to ill adapted treatments. We use a deformation field computed from the knowledge of the skin position (optical tracking) and a patient specific modelling of the diaphragm (from 3D CT acquisitions in inhale and exhale position). Viscera are assimilated to a single incompressible entity sliding along the peritonea and the pleurae. The originality of the method is to take the cranio-caudal viscera motion into account, as well as the anteroposterior and lateral motion due to the asymmetry of the motion. The new viscera position is computed at 50 Hz, and its accuracy has been evaluated on two patients within 2 and 3 mm.