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| Lung deformation estimation using a hybrid image-based/biomechanics-based approach for the localization of pulmonary nodules during video-assisted thoracoscopic surgery (Estimation des déformations du poumon par une approche hybride image/modèle biomécanique pour la localisation des nodules pulmonaires pendant la vidéo-thoracoscopie) | ||
Alvarez, Pablo A. - (2020-11-09) / Universite de Rennes 1 Lung deformation estimation using a hybrid image-based/biomechanics-based approach for the localization of pulmonary nodules during video-assisted thoracoscopic surgery Langue : Anglais Directeur de thèse: Dillenseger, Jean-Louis; Payan, Yohan Laboratoire : Laboratoire de Traitement du Signal et de l'Image Ecole Doctorale : MATHSTIC Thématique : Sciences de l'ingénieur, Médecine et santé | ||
Mots-clés : Traitement d'images médicales, recalage d'images, modèle biomécanique, chirurgie assistée par ordinateur, chirurgie thoracique vidéo-assistée, nodules pulmonaires, Traitement d'images -- Techniques numériques, Poumon Résumé : La résection des nodules pulmonaires par chirurgie thoracique vidéo-assistée (VATS) est une intervention de plus en plus utilisée pour le diagnostic et le traitement des cancers du poumon. La localisation de ces nodules pendant la chirurgie étant difficile visuellement et/ou par palpation, de nombreuses techniques d'aide à la localisation sont actuellement utilisées en pratique clinique. Cependant, ces techniques reposent essentiellement sur le placement, avant l'intervention, de marqueurs physiques dans le nodule par des techniques proches de la ponction. Par contre ce placement est souvent sujet à des complications. Pour éviter cela, une nouvelle approche consiste à repérer le nodule pulmonaire sur le scanner X préopératoire puis de localiser sa position sur l'imagerie CBCT peropératoire. Le problème vient du fait que lors de l'intervention, un pneumothorax (déflation du poumon) entraîne des déformations importantes du poumon ainsi qu'un changement des densités tissulaires, ce qui rend impossible la localisation directe du nodule dans le CBCT peropératoire. Les travaux effectués dans cette thèse ont porté sur la compensation des différentes déformations subies par le poumon pendant la VATS, afin de pouvoir suivre et ainsi reporter sur le CBCT peropératoire la position du nodule repéré dans le scanner X préopératoire. Cela a été fait à l'aide d'une méthode hybride basée sur des techniques de recalage d'image et d'un modèle poroélastique du poumon capable de simuler l'évacuation d'air. L'évaluation de cette méthode a été réalisée par le suivi de points de repère du poumon (structures vasculaires) définis par un chirurgien sur 5 patients. Cette évaluation a permis de montrer que l'erreur moyenne de suivie de ces points était de l'ordre du centimètre, ce qui suggère la faisabilité de l'approche proposée comme une possible solution pour la localisation des nodules pulmonaires pendant la VATS. Résumé (anglais) : The resection of lung nodules by video-assisted thoracoscopic surgery (VATS) is an established procedure for the diagnosis and treatment of lung cancer. As the localization of these nodules during surgery is difficult visually and/or by palpation, many adjuvant localization techniques are currently used in clinical practice. However, these techniques rely primarily on the placement of physical markers in the nodule before the intervention, which has various limitations and may lead to complications. To avoid this, an alternative approach consists in the identification of the pulmonary nodule in the preoperative CT image followed by its localization in the intraoperative CBCT image. The problem is that during surgery, the lung tissue undergoes significant deformation and density changes that are caused by a pneumothorax (lung deflation), making it impossible to localize the nodule directly in the intraoperative CBCT. The work carried out in this thesis focused on the compensation of the various deformations lung deformations occurring during VATS, in order to follow and thus localize in the intraoperative CBCT image the position of the pulmonary nodule, previously identified in the preoperative CT image. This was achieved through a hybrid method based on image registration techniques and a poroelastic biomechanical model of the lung with allowance for air evacuation. The evaluation of this method was carried out on 5 clinical cases by measuring displacement estimation errors on anatomical lung landmarks (vascular structures) defined by a surgeon. This evaluation showed that these errors were of the order of one centimeter, which suggests the feasibility of the proposed approach as a possible solution for the localization of pulmonary nodules during VATS. Identifiant : rennes1-ori-wf-1-14205 | ||
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