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Mes directeurs de thèse sont Yohan Payan et Jocelyne Troccaz.
Nous travaillons avec :
- Le laboratoire de biomécanique de Toulouse, avec Pascal Swider, Annaig
Pedrono, Dominique Ambard et Fabien Audry.
- Le service de chirurgie maxillo faciale de l'hopital de Toulouse, avec Franck
Boutault et Christophe Marecaux.
L'exophtalmie est une pathologie orbitaire caractérisée par un déplacement
excessif du globe vers l'avant. Ce deplacement (nommé protrusion) est une
conséquence d'une augmentation du contenu orbitaire derrière le globe. Les
conséquences de l'exophtalmie sont à la fois esthétique et psychologique. De
plus, des problèmes fonctionnels peuvent apparaitre, c'est le cas si
l'exophtalmie conduit a une trop longue exposition de la cornée ou si le nerf
occulaire est distendu (ce qui impliquera une baisse de la vision) voire rompu.
On connait quatre origines à l'exophtalmie. La première est à la suite d'un
traumatisme, qui produit un hématome qui peut compressé le nerf optique et ainsi
réduire l'acuité visuelle. Une décompression chirurgicale de l'hématome peut
être nécessaire. La seconde cause d'exophtalmie est cancéreuse, avec une tumeur
dans une orbite (il arrive que ce soit dans les deux en même temps) qui gène la
mobilité du globe. La radiothérapie peut être utilisée dans ce cas et une
extraction chirurgicale est parfois nécessaire. Troisième cause d'exophtalmie :
les infections, qui sont traitées avec des anti-biotiques. Finalement, la
quatrième cause, qui apparait dans le plus de cas, est l'exophtalmie due à un
disfonctionnement endocrinal, comme par exemple, la maladie de Basedow qui est
due à un dérèglement de la thiroide. Cette cause conduit souvent a une
exophtalmie bilatérale, puisque le disfonctionnement de la thiroide conduit a
une augmentation du volume des tissus mous (graisse et muscles) de l'orbite. Une
fois que le fonctionnement de la thiroide est stabilisé, une réduction de
l'exophtalmie est souvent nécessaire. Dans notre cas, cette réduction est opérée
par décompression orbitaire. C'est a dire que le chirurgien effondre les parois
orbitaires (dans la region des sinus maxillaire ou ethmoidal) de facon a
augmenter le volume de l'orbite. Ce geste doit être très précis et c'est
pourquoi nous avons proposé de l'assisté dans le cadre de simulations et de
guidage par ordinateur.
La première étape de la thèse a consisté en la création d'outil de visualisation
d'examens scanners ou IRM. Cette outil, developpé en Visual C++ et en VTK,
permet de visualiser les examens patients et de pouvoir segmenter (à partir de
splines) l'orbite, les muscles et le nerf occulaire pour un patient donné. De
plus, cet outil permet une reconstruction 3D de la structure étudiée et le
repérage de points en 2D sur le scanner ou en 3D sur le modele reconstruit. Ceci
a pour but de faciliter le planning d'une intervention chirurgicale.
La seconde phase du travail de thèse implique le laboratoire de
biomécanique de Toulouse, puisqu'elle focalise sur une problématique de
développement d'outils de modélisation biomécanique des structures orbitaires.
En effet, à partir d'examens pré-opératoires (IRM et/ou scanner), la géométrie
du globe oculaire (oeil, muscles oculo-moteurs, graisse intra-orbitaire) a été
reconstruite et a servi de base au développement d'un modèle biomécanique
tridimensionnel, l'objectif final étant l'utilisation, par le chirurgien
(responsable au CHU Purpan : Franck Boutault), de ce
modèle, afin de prédire le comportement global du globe occulaire suite à des
modification éventuelles de la géométrie des parois orbitaires (notamment la
prédiction de l'ordre de grandeur du recul de l'oeil suite à l'effondrement de
certaines parois).
Pour l'instant, ce modèle utilise un matériau poro-élastique (qui donne des
résultats convenables), mais une étude sur un matériau plastique est en cours.
La troisième étape du travail de thèse consistera en la mise au point d'un
système de localisation per-opératoire des outils chirurgicaux dans les gestes
de décompression orbitaire. L'idée sous-jacente consiste à indiquer au
chirurgien la position de la pointe de ses outils, dans des modalités
d'imageries médicales (IRM ou scanner) obtenues par des examens pré-opératoires
du patient. Le chirurgien aura ainsi la possibilité de planifier son
intervention dans cette modalité d'imagerie (détermination des structures
osseuses à effondrer, zones à risques...) et de retrouver cette planification au
cours de son intervention chirurgicale grâce au système de localisation. Toute
cette phase de développement se fera en étroite collaboration avec la société
Praxim, startup grenobloise issue du laboratoire TIMC et en charge de la
commercialisation des produits de GMCAO.
Pour en savoir plus : le sujet au format word.
Pour voir l'état d'avancement de ma thèse : cliquez ici.
Ce travail a été effectué dans le cadre de mon année de DEA IVR.
L'idée générale était d'utiliser des procédures de matching pour
automatiser le maillage volumique de structures osseuses.
Par exemple, B. Couteau (avec qui nous avons colaboré) a réalisé au cours de sa thèse un modèle
biomécanique à éléments finis de la tête fémorale, à partir de
données sur un patient. Par matching depuis ce patient vers
un autre patient, on est alors en mesure de générer automatiquement
le maillage associé au nouveau patient, et donc de lui associer
un modèle biomécanique.
Les buts du stage de DEA ont été :
(1) évaluer le caractère "automatique" de manière plus quantitative
(2) voir à partir de quel niveau de complexité anatomique cette
procédure ne peut plus être automatisée
(3) proposer dans ce cas des solutions pour garder le caractère automatique.
L'évaluation du matching sur plusieurs fémurs a montré qu'il produisait des
maillages qui n'étaient pas réguliers, c'est à dire qu'ils ne satisfaisaient pas
les contraintes nécessaires pour pouvoir supporter une analyse par Elements
Finis. Une procédure de correction de maillage a donc été programmée de facon a
régulariser ces maillages. Cette procédure est basée sur des critères tels que
le déterminant du jacobien ou le warping. La regularisation en elle même suit un
parcours itératif appliquant une correction a chaque élément "irrégulier" en déplacant chaque noeud
suivant le gradient du determinant du jacobien.
Publications et Communications
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