Outils et méthodologies pour la chirurgie orthopédique assistée par ordinateur mini-invasive

par Pascal Kilian

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Rémy Bulot et de Marc-Emmanuel Bellemare.

Soutenue en 2009

à Aix-Marseille 3 .


  • Résumé

    Cette thèse présente une méthodologie innovante pour la navigation chirurgicale minimalement invasive (MIS) dans un cadre orthopédique. Trois applications cliniques finales valident les concepts étudiés dans chaque chapitre : les arthroplasties d’épaule, de hanche et de genou. Dans un premier temps, les techniques généralement mises en œuvre dans la chirurgie ouverte assistée par ordinateur sont présentées pour une indication originale, l’arthroplastie d’épaule. Cette chirurgie bien qu’ouverte, présente tous les défis d’une chirurgie MIS, offrant peu de zones anatomiques numérisables par le chirurgien. Pour résoudre ces problèmes d’accès, nous proposons l’utilisation d’un « palpeur » échographique, permettant un accès à des zones anatomiques plus étendues. Nous démontrons la faisabilité technique de celui-ci en proposant une chaîne de numérisation échographique complète basée sur l’utilisation d’une sonde échographique 7,5 MHz, associée aux techniques décrites de navigation. Les problèmes liés à l’utilisation peropératoire de la sonde, celui du calibrage spatial et des traitements d’images nécessaires sont résolus et validés. L’ensemble des solutions proposées permet d’envisager une utilisation semi-automatique du « palpeur » en routine clinique. Ce dernier est ensuite utilisé pour initialiser un modèle déformable, permettant d’obtenir une reconstruction patient-spécifique d’un genou distal sans utilisation d’imagerie préopératoire ionisante et compatible avec les exigences de la chirurgie MIS. Les travaux réalisés couvrent les différentes étapes du développement d’un projet de GMCAO, de la preuve de concept jusqu’à la première utilisation réelle sur patient.

  • Titre traduit

    Tools and methodologies for navigated minimaly invasive surgery


  • Résumé

    This thesis presents an innovative methodology for the navigated Minimally Invasive Surgery (MIS) in the frame of orthopedics. Three final clinical applications validate the concepts exposed in each chapter: shoulder, hip and knee replacement. Firstly, the most commonly used techniques in Computer Assisted Surgery (CAS) are described in the context of a not addressed indication: total shoulder replacement. Although this kind of surgery is “open”, it involves the same challenges than the MIS one, by offering to the surgeon only a few “digitizable” anatomical zones. In order to solve these access problems we develop an ultrasound-based digitizer probe, enabling a wider bone surface digitization. We prove its feasibility by providing a fully functional ultrasound digitization chain, based on a 7,5MHz usage, associated to the previously described navigation techniques. The issues linked to its preoperative usage, to its calibration and to the necessary image processing are solved and validated. The provided set of solutions lets foresee a semi-automatic usage of this US digitizer, in clinical routine. The latter is then used for the initialization of a deformable model, getting a patient-specific reconstruction of its distal knee, without using preoperative ionizing imaging, but compatible with the MIS constraints. The fulfilled work covers all stages of a classical development CAS project, from the proof-of-concept to a first usage on patients.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xv-171 f .)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu'en 2014

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. Saint-Jérôme). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 200072289
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