Développement de nouveaux outils pour la formation et le guidage en chiruirgie orthognathique à partir de modèles patient-spécifiques

Development of novel tools based on patient-specific models for guidance and education in orthognathic surgery

• Auteur / Autrice : Jean-Christophe Lutz
• Direction : Yves Rémond, Luc Soler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 26/06/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Mutter
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Goga, Stéphane Nicolau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Christine Ho Ba Tho, Didier Fass

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de guidage

Modèles mathématiques

Chirurgie -- Informatique

Face -- Chirurgie

Mots clés libres

Chirurgie orthognathique

Chirurgie assistée par ordinateur

Simulation

Navigation

Guidage électromagnétique

Orthognathic surgery

Computer-assisted surgery

Simulation

Navigation

Electromagnetic tracking

Résumé

Notre pratique courante de la chirurgie orthognathique se heurte aux limites des outils standard de planification et de simulation ainsi qu’à l’absence d’assistance peropératoire. L’objectif de notre travail était de développer de nouveaux outils répondant à cette problématique. Ainsi, dans un premier temps, un algorithme de segmentation semi-automatique a permis une modélisation 3D patient-spécifique rapide et précise. Nous avons ensuite élaboré un logiciel de simulation des parties molles fondé sur un modèle mécanique de type masse-ressort permettant une précision millimétrique. Enfin, nous avons conçu un système de navigation temps-réel fondé sur un guidage électromagnétique mini-invasif doté d’une interface utilisateur intuitive. Son évaluation a montré une réduction de la variabilité inter-opérateurs. En plus de son caractère pédagogique, ce système bénéficiait particulièrement aux débutants. Les chirurgiens ont souligné l’intérêt de ce système, tant pour les dysmorphoses complexes que pour les cas de routine. Ces développements constituent ainsi une suite logicielle susceptible d’améliorer la qualité de prise en charge des patients.

In our routine practice of orthognathic surgery, we face the limitations of conventional planning and simulation tools, and the lack of convenient intraoperative assistance. If computer science has provided satisfactory solutions for planning, yet simulation and navigation appear improvable. The aim of our research was to provide novel tools to improve these issues. Therefore, we first developed a semi-automated segmentation pipeline allowing accurate and timeefficient patient-specific 3D modeling. We then conceived 1mm-accurate facial soft tissue simulation software based on a mechanical massspring model. Finally, we developed a real-time navigation system based on minimally-invasive electromagnetic tracking, featuring a novel user-friendly interface. Evaluation showed that our software reduced time and accuracy discrepancy between operators. Along with educational purposes, such a system benefited especially trainees. Surgeons emphasized system relevance in the treatment of both, complex and common deformities. Such developments establish a software suite that could provide significant improvement for patient optimal care.