Reconstruction 3D du genou ostéophytique à partir de radiographies bi-planes

Résumé

La stéréoradiographie permet d’acquérir deux radiographies calibrées d’un patient afin de les utiliser pour réaliser la reconstruction 3D des structures osseuses. Les modèles 3D ainsi obtenus peuvent être utilisés en milieu clinique à des fins de diagnostic, de planification chirurgicale ou de suivi post chirurgical. Le problème de la reconstruction 3D à partir de deux radiographies est formulé comme un problème de recalage 2D/3D où il est question de déformer un modèle générique de la structure osseuse d’intérêt afin de l’aligner optimalement avec les radiographies. L’utilisation du recalage 2D/3D pour la reconstruction dans le cas particulier des genoux ostéophytiques présente plusieurs défis, notamment la difficulté d’identifier précisément les excroissances osseuses sur les radiographies, le nombre limité d’informations pertinentes identifiables dans seulement deux radiographies et la superposition des structures osseuses du genou. L’objectif principal de cette thèse est de développer une méthode de recalage 2D/3D pour la reconstruction 3D du genou ostéophytique. Nous avons développé un modèle pseudo-volumique du genou qui comprend un modèle statistique combiné de forme et de pose du fémur, du tibia et de la rotule, couplé aux informations de densité de chaque structure osseuse. Ce modèle qui permet une représentation compacte de toutes les structures osseuses du genou est utilisé comme modèle générique dans le cadre du recalage 2D/3D en vue de la reconstruction 3D. Nous avons aussi proposé une méthode d’optimisation hybride qui combine un algorithme génétique avec une méthode d’optimisation locale par régression pour réaliser l’optimisation itérative dans le cadre du recalage 2D/3D. De ce fait, la méthode proposée qui est basée sur une similarité iconique permet d’effectuer la reconstruction 3D simultanée du fémur, du tibia et de la rotule à partir de deux radiographies seulement. La base de données utilisée est constituée de 83 cas pour la modélisation et 10 cas pour les tests. Les radiographies de test sont des images simulées à partir de volumes de tomodensitométrie. En comparant les modèles 3D reconstruits de chaque structure osseuse avec le modèle équivalent de référence, nous avons obtenu une erreur RMS (Root Mean Square) d’environ 2.73 ± 0.54 mm pour le fémur distal, 2.59 ± 0.57 mm pour le tibia proximal et 3.60 ± 1.44 mm pour la rotule. Ces résultats sont meilleurs que ceux obtenus pour la reconstruction 3D des mêmes sujets en considérant chaque structure osseuse concernée de façon isolée et en adoptant une approche de recalage 2D/3D basée sur une similarité géométrique. De ce fait, ce travail ouvre des perspectives à l’application des techniques de reconstruction 3D en vue de la conception des guides de coupe chirurgicaux personnalisés pour les patients arthrosiques.

Date	17 août 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Carlos Vázquez (Directeur(-trice)) & Jacques A. de Guise (Codirecteur(-trice))