Aide au geste chirurgical pour la pose de neuroprothèses auditives par fusion d’images ultrasons/scanner

Surgical gesture guidance for auditory neuroprosthestics implantation based on US/CT images fusion

• Auteur / Autrice : Lucas Lavenir
• Direction : Philippe Poignet, Nabil Zemiti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : SYAM - Systèmes Automatiques et Micro-Électroniques
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....) - Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Diana Carolina Mateus Lamus
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Poignet, Nabil Zemiti, Jocelyne Troccaz, Jean-Louis Dillenseger, Frédéric Venail
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jocelyne Troccaz, Jean-Louis Dillenseger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrasons en médecine

Implants cochléaires

Neuroprothèses

Mots clés libres

Fusion image US/CT

Aide au geste chirurgical

Navigation cochléaire

Neuroprothèse auditive

US/CT image fusion

Surgical gesture guidance

Cochlear navigation

Auditory neuroprosthestics implantation

Résumé

Les implants cochléaires sont les premières neuroprothèses fonctionnelles à avoir été développées pour les sujets humains. Elles restaurent la perception auditive chez les individus atteints de surdité sévère à profonde. L’implantation de ces prothèses requiert la réalisation d’un accès à l’oreille interne par l’ablation des cellules osseuses de l’os temporal puis l’insertion d’un porte-électrodes dans la cochlée, permettant ainsi la stimulation électrique de l’extrémité des fibres du nerf auditif. Malgré une chirurgie délicate, la pose d’implant ne présente pas de véritable danger pour le patient et se pratique aujourd’hui dans le monde entier. Néanmoins, l’extension des critères d’indication pour ce type de prothèse combiné à un risque avéré de complications postopératoires soulève de nouveaux enjeux pour les chirurgiens qui, en conséquence, cherchent à réduire la durée ainsi que le degré d’invasivité de l’opération. Face aux limites du geste chirurgical humain, il est donc plus que jamais question de l’élaboration d’une aide pour la réalisation d’une implantation cochléaire minimalement invasive.Ce travail de thèse vise à développer ainsi qu’à évaluer un nouvel outil pour la navigation chirurgicale de l’os temporal grâce à la fusion d’images d’échographie préopératoire et de tomodensitométrie préopératoire. Dans ce travail, il sera proposé de :• étudier la faisabilité de l’usage de l’échographie en tant que modalité peropératoire pour la navigation minimalement invasive de l’os temporal;• proposer une nouvelle méthode de recalage basée intensité d’images US / CBCT de la capsule otique permettant d’atteindre une erreur de recalage submillimétrique;• développer un dispositif d’acquisition de volumes US basé sur l’utilisation d’une nouvelle sonde écho-endoscopique spécialement conçue pour l’imagerie peropératoire du système auditif humain;L’ensemble des propositions de cette thèse est validé de manière systématique selon différents dispositifs de validation qui incluent : des fantômes de synthèse développés dans le cadre de ce travail ainsi que des échantillons anatomiques ex vivo issus de cochons d’Inde et de cadavres humains du laboratoire d’anatomie de la faculté de Médecine de Montpellier.

Cochlear implant is first functional implantable neuroprosthestic device in human. It restores the auditory perception in people with severe to profound deafness. The implantation of such a device requires the drilling of a bony tunnel through the temporal bone to further insert an electrode array inside the cochlea allowing electrical stimulation of auditory nerve end fibbers. Despite a delicate surgery, cochlear implantation is not hazardous for the patient and is currently performed all around the world. However, the extension of the indication for this specific surgery, which often leads to postoperative complications, is now raising concerns from surgeons who seek to reduce the duration as well as the invasiveness of the operation. Because of the limits of the humain surgical gesture, surgeons need more than ever to resort to a computer assisted surgery system to perform a minimally invasive approach for cochlear implantation.This PhD project aims at developing and assessing a new tool for surgical navigation of the temporal bone using the fusion of ultrasound (US) imaging and X-ray CT scan. In this work, we will propose to:-Study the feasibility of the use of US imaging as an intraoperative modality in order to navigate surgical instruments in the temporal bone in a minimally invasive way,-Propose a new US / CBCT intensity based registration method that allows to achieve a submillimetric registration error at the otic capsule where is embedded the cochlea,-Develop a new acquisition system for reconstructing US volume based on an endoscopic US probe which is dedicated to the intraoperative imaging of the humain auditory system,All the aforementioned proposals of this thesis are validated experimentally according to several setup that involve synthetic phantoms which were specially designed for this work and ex vivo anatomical samples that were taken from Guinea pigs’ cochleae and human donors with the approval of the human anatomy lab of the Faculty of Medicine of Montpellier.