Shape analysis for assessment of progression in spinal deformities

Résumé

La scoliose idiopathique adolescente (SIA) est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale. Elle se manifeste généralement par une déviation latérale du rachis dans le plan postéro-antérieur. La SIA peut se manifester dès le début de la puberté, touchant entre 1 et 4 % de la population adolescente âgée de 10 à 18 ans, les jeunes femmes étant les plus touchées. Certains cas graves (0,1% de la population avec AIS) nécessiteront un traitement chirurgical visant à corriger la courbure scoliotique. A ce jour, le diagnostic de la SIA repose sur l’analyse des radiographies postéro-antérieures et latérale et la sévérité de la courbure est déterminée par la méthode de l'angle de Cobb. Cet angle est calculé en traçant deux lignes parallèles. Une ligne parallèle à la plaque d'extrémité supérieure de la vertèbre la plus inclinée en haut de la courbe et une ligne parallèle à la plaque d'extrémité inférieure de la vertèbre la plus inclinée en bas de la même courbe. Les patients qui présentent un angle de Cobb supérieur à 10° sont diagnostiqués avec la SIA. La mesure étalon pour classer les déformations des courbures scoliotiques est la méthode de Lenke. Cette classification est largement acceptée dans la communauté clinique divise les patients atteints de scoliose en six types et fournit des recommandations de traitement selon le type. Cette méthode se limite à l'analyse de la colonne vertébrale dans l'espace 2x2D, puisqu'elle repose sur l'observation de radiographies et de mesures de l'angle de Cobb. D'un côté, lorsque les cliniciens traitent des patients atteints de SIA, l'une des principals préoccupations est de déterminer si la déformation évoluera avec le temps. Le fait de connaître à l'avance l'évolution de la forme de la colonne vertébrale aiderait à orienter les stratégies de traitement. D’un autre côté, les patients à plus haut risque d'évolution doivent être suivis plus fréquemment, ce qui entraîne une exposition accrue aux rayons-X. Par conséquent, il est nécessaire de mettre au point une autre technologie sans radiations pour réduire l'utilisation des radiographies et atténuer les dangers d'autres problèmes de santé découlant des modalities actuelles d'imagerie. Cette thèse présente une méthode pour l’évaluation de la forme de la colonne vertébrale de patients atteints de SIA. Elle comprend trois contributions : 1) une nouvelle approche pour calculer les descripteurs 3D de la colonne vertébrale, et une méthode de classification pour catégoriser les déformations de la colonne vertébrale selon la classification de Lenke, 2) une méthode pour analyser la progression dans le temps de la colonne vertébrale et 3) un protocole d’acquisition pour générer un modèle 3D de la colonne à partir d'une reconstruction de volume produite par des images échographiques. Dans notre première contribution, nous avons présenté deux techniques de mesure pour caractériser la forme de la colonne vertébrale dans l'espace 3D. De plus, une méthode d'ensemble dynamique a été présentée comme une alternative automatisée pour classer les déformations de la colonne vertébrale. Ces techniques de mesure pour calculer les descripteurs 3D sont faciles à appliquer dans les installations cliniques. En outre, la méthode de classification contribue en aidant les cliniciens à identifier les descripteurs propres à chaque patient, ce qui pourrait aider à améliorer la catégorisation des déformations à la limite et, par conséquent, les traitements. Afin d'observer la progression du rachis dans le temps, nous avons conçu une méthode pour simuler la variation de la forme depuis la première visite jusqu'à 18 mois. Cette simulation montre les changements de forme tous les trois mois. Notre méthode est entraînée avec des modes de variation, calculés à l'aide d'une analyse par composantes indépendantes à partir de reconstructions de modèles 3D de la colonne vertébrale de patients atteints de SIA. Chacun des modes de variation peut être visualisé pour interprétation. Cette contribution pourrait aider les cliniciens à identifier les déformations de la colonne vertébrale qui pourraient progresser. Le traitement peut donc être adapté en fonction des besoins de chaque patient. Finalement, notre troisième contribution porte sur la nécessité d'une modalité d'imagerie sans radiations pour l'évaluation et la surveillance des patients atteints de SIA. Nous avons propose un protocole pour modéliser la colonne vertébrale d'un sujet en marquant la position des apophyses sur une reconstruction volumique. Cette reconstruction a été calculée à partir d’images échographique acquises sur la surface externe du patient. Notre protocole fournit un guide étape par étape pour établir un dispositif d'acquisition d'images, ainsi que des recommandations à prendre en compte en fonction de la composition corporelle des sujets à reconstruire. Nous croyons que ce protocole pourrait contribuer à réduire l'utilisation des radiographies lors de l'évaluation et du suivi des patients atteints de SIA.

Date	24 janv. 2019
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Luc Duong (Directeur(-trice)) & Fernando Arambula Cosio (Codirecteur(-trice))