Lung deformation estimation using a hybrid image-based/biomechanics-based approach for the localization of pulmonary nodules during video- assisted thoracoscopic surgery - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2020

Lung deformation estimation using a hybrid image-based/biomechanics-based approach for the localization of pulmonary nodules during video- assisted thoracoscopic surgery

Estimation des déformations du poumon par une approche hybride image/modèle biomécanique pour la localisation des nodules pulmonaires pendant la vidéo-thoracoscopie

Abstract

The resection of lung nodules by video-assisted thoracoscopic surgery (VATS) is an established procedure for the diagnosis and treatment of lung cancer. As the localization of these nodules during surgery is difficult visually and/or by palpation, many adjuvant localization techniques are currently used in clinical practice. Nonetheless, these techniques rely primarily on the placement of physical markers in the nodule before surgery, which has various limitations and may lead to complications. To avoid this, an alternative approach consists in the identification of pulmonary nodules in the preoperative CT image, followed by their intraoperative localization using CBCT imaging. However, during surgery, a pneumothorax (lung deflation) causes significant lung deformation and large tissue density changes that hinder the localization of nodules directly in the intraoperative CBCT. This thesis focused on the compensation of the various lung deformations occurring during VATS as a mechanism for the localization of pulmonary nodules in the intraoperative CBCT image. First, a characterization study allowed to identify the principal factors driving lung deformation during VATS. Then, a hybrid method based on image registration techniques and a poroelastic biomechanical model of the lung was proposed to account for such deformation. A retrospective study comprising 5 clinical VATS cases was performed for the evaluation of the proposed method. The results showed that prediction errors measured at anatomical landmarks were of the order of one centimeter, which suggests the feasibility of the proposed approach as a possible solution for the localization of pulmonary nodules during VATS.
La résection des nodules pulmonaires par chirurgie thoracique vidéo-assistée (VATS) est une intervention de plus en plus utilisée pour le diagnostic et le traitement des cancers du poumon. La localisation de ces nodules pendant la chirurgie étant difficile visuellement et/ou par palpation, de nombreuses techniques d’aide à la localisation sont actuellement utilisées en pratique clinique. Cependant, ces techniques reposent essentiellement sur le placement, avant l’intervention, de marqueurs physiques dans le nodule par des techniques proches de la ponction. Par contre ce placement est souvent sujet à des complications. Pour éviter cela, une nouvelle approche consiste à repérer le nodule pulmonaire sur le scanner X préopératoire puis de localiser sa position sur l’imagerie CBCT peropératoire. Le problème vient du fait que lors de l’intervention, un pneumothorax (déflation du poumon) entraîne des déformations importantes du poumon ainsi qu’un changement des densités tissulaires, ce qui rend impossible la localisation directe du nodule dans le CBCT peropératoire. Les travaux effectués dans cette thèse ont porté sur l’estimation des différentes déformations subies par le poumon pendant la VATS, afin de pouvoir suivre et ainsi reporter sur le CBCT per-opératoire la position du nodule repéré dans le scanner X préopératoire. Cela a été fait à l’aide d’une méthode hybride basée sur des techniques de recalage d’images associées à un modèle biomécanique poroélastique du poumon capable de simuler l’évacuation d’air. L’évaluation de cette méthode a été réalisée sur les données de 5 patients par le suivi de points de repère du poumon (bifurcations vasculaires) définis par un chirurgien. Cette évaluation a permis de montrer que l’erreur moyenne de suivie/report de ces points était de l’ordre du centimètre. Ce résultat a prouvé la faisabilité de l’approche proposée qui peut alors être considérée comme une possible solution pour la localisation des nodules pulmonaires pendant la VATS.
Fichier principal
Vignette du fichier
Alvarez_Pablo_thesis.pdf (42.15 Mo) Télécharger le fichier
Origin Files produced by the author(s)

Dates and versions

tel-03104312 , version 1 (08-01-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03104312 , version 1

Cite

Pablo Alvarez. Lung deformation estimation using a hybrid image-based/biomechanics-based approach for the localization of pulmonary nodules during video- assisted thoracoscopic surgery. Signal and Image processing. Université de Rennes 1, 2020. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03104312⟩
137 View
22 Download

Share

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More