Cette thèse porte sur le développement et la validation d’outils afin d’améliorer l’efficacité des traitements de curiethérapie à haut débit de dose (HDR) du sein. Le but du projet vise donc à concevoir et valider un nouveau système de planification et de guidage en temps réel des traitements de curiethérapie HDR du sein, basé principalement sur l’échographie 3D (3DUS). Dans un premier temps, une étude clinique a été réalisée à l’aide d’un premier prototype 3DUS linéaire développé par le groupe. L’étude a permis de constater que le volume mesuré par échographie 3D est environ trois fois plus petit que celui mesuré par tomodensitomètre et que le système possède plusieurs limitations (ex : volume d’acquisition trop petit, guidage des cathéters impossible). Dans un deuxième temps, un algorithme d’optimisation de la position et du nombre de cathéters a été développé. Il s’est avéré que la méthode développée est robuste aux erreurs d’implantation et qu’il est possible de réduire significativement le nombre de cathéters sans avoir un impact important sur la dosimétrie. Dans un troisième temps, une étude a comparé cet algorithme au seul algorithme commercialement disponible, HIPO. Les résultats ont démontré que l’algorithme HIPO produit des plans significativement inférieur, en terme de dosimétrie, à l’algorithme présenté dans cette thèse. Dans un quatrième temps, deux méthodes ont été développées afin de réaliser une planification personnalisée, en temps réel des traitements de curiethérapie HDR du sein. Les deux méthodes se sont avérées efficaces pour réduire le nombre de cathéter. Une preuve de concept a été validée et elle a démontré le potentiel d’une planification personnalisée, en temps réel des traitements de curiethérapie HDR du sein. À l’aide des connaissances acquises dans l’étude clinique, un nouveau prototype 3DUS a été développé. Il inclut un nouveau mode d’acquisition hybride et un module de guidage de la position des cathéters. Les résultats présentés dans cette étude ont mis en évidence le fait que le système 3DUS hybride a la capacité de mesurer avec justesse les dimensions linéaires ainsi que les volumes. Il reconstruit également avec justesse la trajectoire des cathéters. Pour terminer, dans le but d’effectuer une reconstruction dynamique des cathéters, un système de guidage électromagnétique a été validé. Les résultats ont démontré que la reconstruction des cathéters, en curiethérapie HDR, est significativement plus juste et plus précise à l’aide d’un système de guidage électromagnétique qu’en utilisant les méthodes conventionnelles. / This thesis focuses on the development and validation of different tools to increase the efficacy of high dose rate (HDR) breast brachytherapy treatments. The project goal aim at designing and validating a new system for real-time guidance and planning of HDR breast brachytherapy treatments, based mainly on 3D ultrasound (3DUS). As a first step, a clinical study was performed using the first linear 3DUS prototype developed by our group. This study has shown the limitations of the current system (ex : small acquisition volume, no catheter tracking possibility) and that 3DUS volumes are three times smaller than computed tomography volumes. As a second step, a catheter optimization algorithm was developed. The algorithm was shown to be robust to catheter implantation errors and it was possible to reduce significantly the number of catheters without having a significant negative impact on the dosimetry. As a third step, a study was designed to compare the present catheter optimization algorithm to the only commercially available algorithm, HIPO. The results demonstrated that the HIPO algorithm produce significantly worse plan, in term of dosimetry, than the algorithm that was developed in the present thesis. As a fourth step, two methods were developed for personalized, real-time planning of breast HDR brachytherapy treatments. The two methods were efficient and they were able to reduce the number of catheters. A proof-of-concept was validated and it demonstrated the potential of a personalized, real-time planning approach for breast HDR brachytherapy. Using the experience acquired during the clinical study, a new 3DUS system was developed. The system includes a new hybrid acquisition approach and a module for catheter tracking. The results presented in this study have shown the ability of the hybrid 3DUS system to accurately measure linear dimensions and volumes. Furthermore, it allows the reconstruction of the catheters trajectory with accuracy as well as track them in real-time. Finally, in order to dynamically reconstruct catheters, an electromagnetic tracking system was validated. This study has shown that the reconstruction of catheters, in HDR brachytherapy, is significantly more accurate and precise with an electromagnetic tracking system than with the conventional methods.

Le retard de croissance intra-utérin (RCIU) se définit comme étant un échec dans la croissance du fœtus à atteindre son potentiel de croissance génétiquement déterminé. Il touche entre 7 à 10 % des grossesses. Alors que le dépistage commence seulement à partir de la vingtième semaine de grossesse, cette complication pourrait être détectable dès le premier trimestre. Un dépistage précoce des femmes à risque élevé permettrait de débuter un traitement préventif. L’échographie 3D Doppler de puissance a démontré des résultats encourageants pour le dépistage précoce de la pré-éclampsie. La biopsie virtuelle du placenta et ses indices de vascularisation pourraient possiblement permettre la détection précoce de cas de RCIU dès le premier trimestre. Les objectifs de l’étude étaient d’évaluer la valeur de la biopsie virtuelle, du volume placentaire et des indices de vascularisation placentaires au 1er trimestre dans la prédiction du RCIU stratifié selon la sévérité. Nous avons observé que le volume placentaire est un bon prédicteur du RCIU. Cependant, la biopsie virtuelle du placenta et les indices de vascularisation placentaire ne prédisent pas bien le RCIU. En conclusion, la biopsie placentaire et sa vascularisation déterminées par échographie 3D Doppler de puissance ne sont pas des modalités utiles en clinique pour le dépistage précoce du RCIU au premier trimestre de la grossesse. / Fetal growth restriction (FGR) is a pathological process defined as the failure of the fetus to reach its biologically determined growth potential. It affects 7 to 10% pregnancies. Screening for FGR begins only at the 20th weeks of pregnancy but this complication could be detectable during the first-trimester of gestation. Early detection of high-risk pregnancies could allow to start a preventive treatment as soon as possible. Threedimensional Power Doppler ultrasound has shown some encouraging results for early identification of women at high risk of preeclampsia. Placental volume and ultrasonographic sphere biopsy (USSB) with their vascularization indices could possibly detect FGR fetuses during the first-trimester. Our objective was to estimate the performance of the whole placental volume and USSB vascularization in the prediction of severe and non-severe FGR fetuses in the first-trimester. Our results showed that placental volume was a good predictor of severe and non-severe FGR. However, USSB displayed a poor predictive ability. Therefore, first-trimester USSB and its vascularization indices are not good modalities for clinical practice for the early screening of FGR pregnancies.

La segmentation d’images médicales est depuis longtemps un sujet de recherche actif. Cette thèse traite des méthodes de segmentation basées modèles, qui sont un bon compromis entre généricité et capacité d’utilisation d’informations a priori sur l’organe cible. Notre but est de construire un algorithme de segmentation pouvant tirer profit d’une grande variété d’informations extérieures telles que des bases de données annotées (via l’apprentissage statistique), d’autres images du même patient (via la co-segmentation) et des interactions de l’utilisateur. Ce travail est basé sur la déformation de modèle implicite, une méthode variationnelle reposant sur une représentation implicite des formes. Après avoir amélioré sa formulation mathématique, nous montrons son potentiel sur des problèmes cliniques difficiles. Nous introduisons ensuite différentes généralisations, indépendantes mais complémentaires, visant à enrichir le modèle de forme et d’apparence utilisé. La diversité des applications cliniques traitées prouve la généricité et l’efficacité de nos contributions. / Within the wide field of medical imaging research, image segmentation is one of the earliest but still open topics. This thesis focuses on model-based segmentation methods, which achieve a good trade-off between genericity and ability to carry prior information on the target organ. Our goal is to build an efficient segmentation framework that is able to leverage all kinds of external information, i.e. annotated databases via statistical learning, other images from the patient via co-segmentation and user input via live interactions. This work is based on the implicit template deformation framework, a variational method relying on an implicit representation of shapes. After improving the mathematical formulation of this approach, we show its potential on challenging clinical problems. Then, we introduce different generalizations, all independent but complementary, aimed at enriching both the shape and appearance model exploited. The diversity of the clinical applications addressed shows the genericity and the effectiveness of our contributions.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les objectifs de cette étude étaient (1) de décrire la localisation et la sévérité des lésions d’ostéoarthrose (OA) chroniques acquises naturellement au niveau du grasset équin grâce à l’échographie (US), la radiographie (XR), la tomodensitométrie (CT) et l’évaluation macroscopique (ME), (2) de comparer la performance diagnostique de chacune des modalities d’imagerie avec ME et (3) d’évaluer quantitativement la densité osseuse sous-chondrale lors d’OA du grasset chez le cheval à la tomodensitométrie. Des évaluations post mortem radiographique, tomodensitométrique et échographique ont été réalisées sur 23 grassets cadavériques et comparées à l’évaluation macroscopique. Des associations significatives ont été notées entre le «osteophytes global score» de toutes les modalités (US, p=0.04; XR, p=0.005; CT, p˂0.0001) et ME. De plus, la tomodensitométrie a démontré la plus forte association. Les ostéophytes étaient principalement localisés au niveau de l’articulation fémorotibiale médiale et cette articulation présentait également les scores d’ostéophytes les plus sévères. Un patron spécifique d’ostéophytes associé à l’insertion de la capsule articulaire sur le condyle fémoral médial a été mis en évidence. La nouvelle projection radiographique (Ca10Pr5L-CrDiMO) a été utile dans la détection des ostéophytes de la région intercondylaire. Les grades d’ostéophytes (0-3) ne différaient pas significativement selon la modalité dans la majorité des sites. La faible sensibilité/spécificité a indiqué que la sclérose de l’os sous-chondral et l’applatissement des condyles fémoraux ne semblent pas être des indicateurs fiables d’OA du grasset équin. L’OA du grasset équin est associée à une réduction de la densité osseuse sous-chondrale et des sites spécifiques de résorption/kystes sous-chondraux ont été notés chez certains spécimens. / The objectives of this study were (1) to describe the location and severity of chronic naturally acquired OA lesions in the equine stifle using ultrasound (US), radiography (XR), computed tomography (CT) and macroscopic evaluation (ME), (2) to compare the diagnostic performance of each imaging modality with ME, (3) to quantitatively assess the subchondral bone mineral density in the equine stifle OA using CT. Radiographic, CT and US evaluation were performed on 23 horse cadaver stifles and compared with ME. Significant associations were found between osteophyte global score of all modalities (US, p=0.04; XR, p=0.005; CT, p˂0.0001) and ME, and CT showed the highest association. Osteophytes were predominantly located in the medial femorotibial (MFT) joint and this joint also had the most severe osteophyte scores. This study also highlighted a specific pattern of osteophytes associated with the insertion of the MFT joint capsule cranially on the medial femoral condyle (MFC). The previously unreported radiographic projection (Ca10Pr5L-CrDiMO) was particularly helpful in the detection of intercondylar region osteophytes. Osteophyte grade (0-3) at most sites did not significantly differ between modalities. Low sensitivity/specificity indicated that subchondral bone sclerosis and flattening of femoral condyles do not appear to be reliable radiographic or CT indicators of OA in the equine stifle. Equine stifle OA is associated with a decrease in bone mineral density and specific sites of focal subchondral bone resorption/cyst formation were found in some specimens.

Les robots légers utilisés pour la télé-échographie robotisée permettent, à l'expert médical, d'orienter à distance une sonde ultrasonore 2D. L'analyse en temps réel de l'image ultrasonore du patient, reçue via un lien de communication, permet à l'expert de définir un diagnostic. Les validations cliniques du concept de télé-échographie robotisée montrent qu'il est ainsi possible de pallier le manque d'experts en ultrasonographie sur des sites médicalement isolés. Le robot porte-sonde est positionné et maintenu sur le corps du patient par un assistant à partir des informations communiquées par le spécialiste via visioconférence. Cependant, la faible masse du robot, le fait qu'il soit maintenu par un assistant sur le corps du patient et les mouvements physiologiques du patient provoquent des perturbations dans la position de la sonde et engendrent ainsi des pertes des sections d'intérêt des organes étudiés. Les travaux de cette thèse ont consisté à développer une approche par asservissement visuel basé sur les moments d'image ultrasonore 2D. Le calcul des moments 2D étant basé sur les points du contour de la section d'intérêt, un algorithme de traitement d'images efficace est nécessaire pour détecter et suivre le contour d'intérêt en mouvement. Pour cela, une méthode de contour actif paramétrique basée sur les descripteurs de Fourier est présentée. Les lois de commandes correspondant à trois tâches autonomes autorisant la recherche et le maintien de visibilité d'un organe lors de l'acte médical télé-opéré sont implémentées et validées sur la plateforme robotique du projet ANR Prosit. / The light weight robots used for robotized tele-echography allow the medical expert to remotely operate a 2D-ultrasound probe. The real-time analysis of the patient's ultrasound images, received via a standard communication link, provides the expert with relevant information to define a diagnosis. The clinical validations of the robotized tele-echography concept show that it is possible to overcome the lack of sonographers in medically isolated sites. The robot probe-holder is usually positioned and held on the patient's body by a paramedical staff based on information provided by the specialist via videoconferencing. However, the small mass of the robot, the fact that it is held by an assistant on the patient's body and the patient's physiological movements cause disturbances in the position of the probe ; this thus can generate a loss of the region of interest of the organ being under investigation during the teleoperated medical act. This thesis work focuses on the development of a visual servoing approach based on 2D ultrasound image moments. 2D moments calculation is based on the contour points of the image section of interest, therefore an image-processing algorithm is needed to effectively detect and follow the contour of interest in motion. For this reason, a parametric active contour method based on Fourier descriptors is presented. The control laws, corresponding to three independent autonomous tasks to search and maintain the visibility of an organ within a given ultrasound plane during the tele-operated medical act are implemented and validated on robotic platform project ANR Prosit.

L'imagerie médicale joue un rôle majeur dans l'identification, la caractérisation et le bilan d'extension des lésions tumorales du système ostéo-articulaire. La grande majorité de ces néoplasies est bénigne et il est important de savoir les reconnaître et les distinguer des lésions malignes. Ces dernières ont un pronostic beaucoup plus sombre et sont l'objet d'une prise en charge nettement plus agressive. L'IRM est actuellement la technique de choix pour l'évaluation des tumeurs ostéo-articulaires. Malgré une très haute sensibilité pour la détection des tumeurs osseuses et des parties molles, un grand nombre de lésions identifiées ne sont pas caractérisables. Récemment des nouvelles techniques d'imagerie fonctionnelle sont apparues permettant une évaluation tumorale au niveau biochimique et cellulaire. Ces techniques, initialement conçues pour l'évaluation des tumeurs cérébrales comme la perfusion, la diffusion et la spectroscopie ont commencé à être utilisées pour l'évaluation des néoplasies ostéo-articulaires avec des résultats préliminaires prometteurs. Parallèlement, avec le développement en scanner de systèmes de détection à large surface et l'échographie de contraste, l'étude de la perfusion tumorale basée sur ces méthodes est plus accessible en pratique courante. L'imagerie fonctionnelle reste, néanmoins peu accessible en dehors de la recherche. Des difficultés techniques inhérentes à l'application clinique de ces nouvelles méthodes et l'hétérogénéité histologique des tumeurs ostéo-articulaires constituent encore un obstacle important. Dans ce travail la performance diagnostique de plusieurs méthodes d'imagerie fonctionnelle en pratique courante a été évaluée. En autre, des améliorations permettant une augmentation de la qualité d'image et une réduction des artéfacts des méthodes fonctionnelles ont été testées. Secondairement, les performances diagnostiques de différentes méthodes de perfusion tumorale (échographie, tomodensitométrie et imagerie par résonance magnétique) ont été comparées / Medical imaging plays a major role in the identification, characterization and staging of tumor lesions of the musculoskeletal system. The vast majority of these neoplasms are benign and it is important to recognize and distinguish them from malignant lesions. Malignant lesions carry a worse prognosis and are usually treated aggressively. MRI is currently the method of choice for evaluating musculoskeletal tumors. Despite a high sensitivity for the detection of bone and soft tissue tumors, a large number of identified lesions remain indeterminate in origin after imaging work-up. In recent years, new functional imaging techniques, which allow tumor evaluation in a biochemical and cellular level, have emerged. These techniques such as perfusion, diffusion weighted imaging and MR spectroscopy, originally designed for the evaluation of brain tumors, began to be used for the evaluation of musculoskeletal neoplasms with promising preliminary results. Meanwhile, with the development of wide area-detector CT systems and contrast enhanced ultrasound (CEUS) new ways of assessing tumor perfusion became available in clinical practice. Functional imaging nevertheless remains largely inaccessible outside research oriented imaging centers. The clinical application of these new methods is hindered by various factors, which include the great histological heterogeneity of musculoskeletal tumors and patient related technical difficulties. In this project, the diagnostic performance of several functional imaging methods in clinical practice was assessed. Additionally tools for image quality improvement and artifact reduction were tested. Finally, the diagnostic performance of different perfusion methods (ultrasound, computed tomography and magnetic resonance imaging) was compared

La dyspnée aigue due à une congestion pulmonaire dans le cadre d’une insuffisance cardiaque aiguë (ICA) est un motif d’admission fréquent aux Urgences. Actuellement, l’ICA est deux fois plus fréquente et est associée à un risque deux fois plus élevé de décès (8%) que les syndromes coronariens aigus (SCA). La prise en charge en pré hospitalier et aux urgences est devenue une étape clé du parcours de soin de ces patients. Ces dernières années ont vu émerger de nouveaux paradigmes autour de la prise en charge de l’ICA mettant en perspective la complexité de cette pathologie. On parle désormais de syndrome d’insuffisance cardiaque aiguë (SICA), terminologie qui souligne la pluralité des situations cliniques et la diversité des profils congestifs. Cependant, l’évaluation de la répartition de la congestion au cours d’un SICA, même s’il existe peu de données sur ce sujet, est actuellement principalement faite sur des arguments cliniques ; l’échographie pulmonaire et l’estimation du volume plasmatique (ePVS, basé sur un calcul intégrant hémoglobine et hématocrite) pourraient permettre de mieux préciser les profils congestifs. Plusieurs études rapportent que la rapidité et l’exactitude du diagnostic étiologique de dyspnée aigue sont associées au pronostic des patients. Malgré l’existence d’outils diagnostiques (biomarqueurs, examens de radiologie), l’incertitude quant au diagnostic étiologique reste importante dans le contexte d’un service d’urgence, ce qui rend difficile la diminution du « Time to therapy » promue par les recommandations de la société européenne de cardiologie 2016. Les objectifs de notre travail étaient d’identifier des profils de congestion distincts d’insuffisance cardiaque aigue, de préciser la valeur diagnostique et pronostique de ces profils dans le contexte d’une dyspnée aigue, et de déterminer si l’effet thérapeutique des modalités de prise en charge initiale en urgence est dépendant de ces profils congestifs. Dans le cadre de notre travail, nous avons pu montrer sur la base des analyses réalisées dans la cohorte DeFSSICA que les outils permettant de mieux préciser le profil congestif des patients (notamment l’échographie pulmonaire et l’ePVS) sont peu utilisés aux urgences. Dans un deuxième travail, nous avons montré sur la cohorte PARADISE (NCT02800122) – conçue dans le cadre de ce doctorat, que l’altération de fonction rénale, l’hyponatrémie et la dysglycémie sont associée de façon significative au pronostic des patients atteints de dyspnée aigue. Dans un troisième travail, nous avons montré que le volume plasmatique estimé est un outil diagnostique performant de SICA et qu’un niveau plus important de congestion évaluée par l’ePVS est associé à une mortalité intra-hospitalière des patients admis pour dyspnée aigue plus élevée. Notre travail a aussi permis de concevoir et démarrer l’étude PURPLE (Pathway and Urgent caRe of dyspneic Patient at the emergency department in LorrainE district – NCT NCT03194243) qui collecte les données cliniques et paracliniques des patients admis pour dyspnée aigue aux urgences de façon prospective dans la région Lorraine. Par ailleurs, ce travail de thèse a aussi permis de concevoir et faire financer le projet EMERALD-US (Evaluation de la faisabilité de la Mise en œuvre et de la performance d’un algorithme d’EchogRraphie Aux urgences pour Le diagnostic de Dyspnée aigue-UltraSound) qui vise à valider un algorithme spécifique aux urgences utilisant l’échographie pulmonaire, cardiaque et vasculaire pour le diagnostic étiologique de dyspnée aigue / Acute dyspnea due to pulmonary congestion in acute heart failure (AHF) is a common reason for admission to the ER. Currently, AHF is twice as common and associated with a twofold higher risk of death (8%) than acute coronary syndromes (ACS). Pre-hospital and emergency care has become the cornerstone of care of these patients. In recent years, new paradigms have emerged surrounding AHF management, highlighting the complexity of this disease. Hence the use of the term acute heart failure syndrome (AHFS), a terminology underscoring the plurality of clinical situations and the diversity of congestive profiles. However, the assessment of congestion distribution during an AHFS is currently predominantly based on clinical arguments in spite of limited data. Alternatively, lung ultrasound (LUS) and estimation of plasma volume (ePVS, based on hemoglobin and hematocrit) could allow for a better assessment of congestive profiles. Several studies report that the rapid and accurate etiological diagnosis of acute dyspnea is associated with prognosis. Despite the availability of diagnostic tools including clinical exam, biomarkers and radiology, there is still considerable uncertainty regarding etiological diagnosis in the emergency department (ED) setting, hence rendering it difficult in reducing the « Time to therapy » advocated by the recommendations of the European Cardiology Society 2016 for AHF. The objectives of the present work were to identify distinct congestion profiles of AHF, to clarify the diagnostic and prognostic value of these profiles in the context of acute dyspnea, and to determine whether the therapeutic effect of initial emergency management modalities is dependent on these congestive profiles. In the course of our work, we were able to demonstrate in the DeFSSICA cohort that the tools allowing a better assessment of the patient's congestive profile (particularly LUS and ePVS) are rarely used in ED. In a second study, we showed in the PARADISE cohort (NCT02800122) - designed as part of this PhD research project - that impaired renal function, hyponatremia and dysglycemia are significantly associated with prognosis in patients with acute dyspnea. In a third study, we showed that the ePVS is an effective AHF diagnostic tool and that a higher congestion level assessed by ePVS is associated with higher in-hospital mortality of patients admitted for acute dyspnea. Our work also enabled us to design and initiate the PURPLE (Pathway and Urgent caRe of dyspneic Patients at the emergency department in LorrainE district - NCT03194243) study, which collects clinical and paraclinical data of patients admitted for acute dyspnea on a prospective basis. Lastly, this PhD research project enabled designing and obtain funding for the EMERALD-US project (Evaluation of the feasibility of implementing and performance of an Emergency Echography algorithm for the diagnosis of Acute Dyspnea-UltraSound) which aims to validate an original algorithm specific to emergency situations using lung, cardiac and vascular ultrasound for the etiological diagnosis of acute dyspnea

La localisation précise de la cible chirurgicale est essentielle pour réduire la morbidité au cours de l'exérèse chirurgicale d'une tumeur cérébrale. Lorsque les dimensions de la craniotomie sont importantes, une déformation des tissus mous du cerveau peut survenir au cours de l'intervention. Du fait de ce `brain-shift', les données pré-opératoires ne correspondent plus à la réalité et la neuronavigation s'en trouve fortement compromise. Afin de prendre en compte ces effets, nous proposons un système de navigation passive permettant de localiser les ancillaires par rapport à la position rectifiée des structures anatomiques. Avant l'intervention une angiographie par résonance magnétique (ARM) du cerveau du patient est acquise. Après installation au bloc opératoire, le volume ARM définissant la configuration initiale de l'arbre vasculaire cérébral est rigidement recalé par rapport à la tête du patient. Au cours de l'intervention, suite à une déformation importante du cerveau, le chirurgien effectue un balayage échographique Doppler de la région d'intérêt. L'arbre vasculaire initial est recalé élastiquement vers sa configuration déformée, segmentée dans les images US localisées, et le champ de déplacements résultant est ensuite étendu à l'ensemble du volume de l'organe par le biais d'un modèle biomécanique spécifique au patient. La déformation globale ainsi calculée permet de mettre à jour les données pré-opératoires et rectifier le planning chirurgical initial. Notre système fournit une réponse rapide, robuste et précise au chirurgien et lui offre la possibilité de valider la pertinence de la déformation calculée avant toute modification du planning.

Ce travail de thèse traite de l'acquisition de données et de l'analyse d'images en échographie tridimensionnelle (3D). Les ultrasons sont une modalité d'imagerie médicale peu coûteuse, d'une innocuité quasi-totale pour le patient et qui permet de suivre le mouvement de structures anatomiques déformables en temps réel. L´échographie 3D permet de circonvenir aux inconvénients de l'échographie 2D classique et permet également d'entrevoir de nouvelles possibilités dans le domaine du diagnostic médical. Le premier axe de ce travail concerne l'acquisition des images à l'aide d'un système de type main-libre. Nous avons tout d'abord étudié la précision de systèmes de localisation magnétique et comparé ceux-ci à des méthodes basées vision. De plus, lors de l'acquisition des données, l'étape de calibration du système main-libre est primordiale. Nous proposons d'une part une méthode de calibration temporelle automatique qui n'impose aucune contrainte sur les mouvements de la sonde utilisés et d'autre part une méthode de calibration spatiale précise, robuste et automatique. Cette dernière a été évaluée à l'aide de séquences synthétiques puis réelles. Des évaluations comparatives avec différentes méthodes de calibration ont permis de dégager les intérêts et les qualités de la méthode proposée. Le second axe est consacré à l'analyse des images échographiques 3D. Nous avons proposons une méthode de recalage dédiée aux données ultrasonores. Afin de prendre en compte les particularités des images échographiques, nous avons développé une nouvelle mesure de similarité statistique reposant sur une information de texture. Nous utilisons cette mesure pour des problèmes de recalages rigides de volumes échographiques.