La fracture de la hanche est une pathologie fréquente chez les personnes âgées et provoque des effets indésirables tels que la perte de mobilité et des complications secondaires. Le traitement actuel de la fracture de la hanche nécessite l'utilisation d'un appareil à rayons X (le fluoroscope). La méthode conventionnelle de traitement procède par essais/erreurs pour placer correctement un guide métallique dans l'os du patient, nécessitant à chaque essai la prise d'un cliché radiologique. Ceci engendre une exposition importante du chirurgien et du patient aux rayons X (nocifs pour la santé) suite à l'utilisation répétée du fluoroscope. La méthode par essai/erreur a en outre pour conséquence de provoquer un traumatisme supplémentaire au patient due à des pénétrations répétées du guide au niveau de l'os et produit souvent un montage orthopédique final sous-optimal. Nous proposons de pallier à ces inconvénients grâce à un système de chirurgie orthopédique assistée par ordinateur sans marqueur vissé sur l'os du patient se basant sur l'utilisation d'une caméra de positionnement 3D. Le prototype développé dans le cadre de ce projet ressemble en tout point au système final désiré avec fluoroscope. Des caméras CCD serviront de substitut au fluoroscope dans notre cas. Le système final possède l'avantage de servir de support au chirurgien en lui clarifiant les données qui lui sont nécessaires sans s'y substituer. Son principe de fonctionnement est le suivant: nous effectuons le calibrage intrinsèque du fluoroscope avant l'opération et nous sauvegardons les données obtenues. En tout début d'opération nous prenons deux clichés fluoroscopiques, un latéral et un antéropostérieur. Sur ces clichés vont apparaître des grilles de référence visibles au fluoroscope, ce qui permettra d'effectuer le calibrage extrinsèque du fluoroscope. En phase intra-opératoire (pendant l'opération) les instruments chirurgicaux vont apparaître en temps réel dans le repère des grilles de référence grâce à la caméra de positionnement 3D, des paramètres de calibrage du fluoroscope et des marqueurs fixés sur les instruments chirurgicaux ainsi que sur les grilles de référence. Les grilles de référence communes aux images préopératoires et intra-opératoires vont permettre une extrapolation de la position des instruments chirurgicaux pendant l'opération sur les images préopératoires. Le prototype développé fonctionne de façon tout à fait similaire au système final décrit précédemment. Le prototype servira principalement à tester le produit final et à détecter les failles éventuelles du système. Une analyse des erreurs est réalisée à l'aide de ce dernier afin de déterminer les sources d'erreur les plus importantes. Notre travail se base sur l'hypothèse qu'entre la prise des images préopératoires et la fin de l'intervention chirurgicale, la position du fémur relativement aux grilles de référence n'a pas changé. Une étude des déplacements de l'anatomie du patient a été entamée au cours de notre projet ce qui permettra éventuellement de valider l'hypothèse de départ, ce qui n'a pu être réalisé dans le cadre des présents travaux. Cette hypothèse découle du fait que dans les opérations de la hanche, la jambe du patient est sous traction ce qui limite les mouvements de cette dernière. Notre système de réalité augmenté permettra une réduction du temps opératoire, un recours moins important à la fluoroscopie, une meilleure précision de positionnement des instruments chirurgicaux et l'obtention de montages orthopédiques plus fiables et plus solides, tout cela pour une amélioration des soins apportés aux patients.

La radiologie est actuellement la modalité d'imagerie la plus utilisée en chirurgie orthopédique, que ce soit en planification opératoire, en contrôle per-opératoire ou pour le suivi du patient. Un de ses inconvénients est de ne pas permettre un référencement géométrique des objets représentés. Il est donc impossible tout au long du processus chirurgical orthopédique, de mesurer précisément les modifications de géométrie des structures osseuses. En salle d'opération les instruments chirurgicaux sont référencés spatialement et permettent par palpations de points de référence une identification géométrique des structures osseuses. Ceci est limité au contexte chirurgical car ces palpations requièrent des incisions. Dans cette thèse, nous proposons d'introduire en chirurgie orthopédique une nouvelle approche fondée sur l'utilisation d'un capteur d'images ultrasonores dont le positionnement spatial est connu. Nous présentons une méthode d'analyse d'images ultrasonores qui aboutit à la détection des points de référence dans un contexte non chirurgical. Cet apport est fondamental car il introduit une continuité dans le contrôle précis de la géométrie des structures osseuses tout au long du processus chirurgical orthopédique de la planification opératoire jusqu'au suivi du patient. Pour déterminer la position des points de référence sur les images ultrasonores osseuses nous sommes passés par une étape intermédiaire consistant en la détection de l'interface osseuse par des approches fondées sur des modèles de contours. Devant la difficulté du problème lié à la très faible qualité des images ultrasonores osseuses, nous nous sommes orientés vers une approche coopérative innovante. Dès que la sonde est positionnée sur le patient, le système affiche en temps réel le contour détecté et le clinicien peut, par un mouvement continu de la sonde, faire converger le système vers une solution optimale au regard de son expertise et des propriétés images. La validation de nos algorithmes s'est tout d'abord effectuée en mode non coopératif sur une base de données contenant 651 images ultrasonores. Le meilleur algorithme fondé sur la recherche d'un chemin optimal parmi un ensemble de points de contours candidats a été validé en mode coopératif sur un prototype appelé PhysioPilot dédié à la mesure de paramètres physiologiques dans un contexte non chirurgical / X-rays remain the preferred imaging modality for orthopedic surgery for surgical planning, intra-operative control or patient follow-up. Nevertheless, it does not allow anatomical bone structures referencing. It is then impossible to control geometrical modifications of bone structures during the surgical process. However, surgical tools are referenced in the operating-room space and allow the surgeon to define anatomical structures geometrically by defining landmark positions. This process is only allowed during surgical procedures because it requires to do cuts on the patient. In this work, we propose a new approach using an ultrasound probe that is referenced in the operating-room space. We present an image processing algorithm to extract anatomical landmark position in a surgical context. It is a crucial improvement because it allows a complete patient follow-up from pre-operative planning to post-operative consults. To determine anatomical landmark positions on ultrasound images we added an intermediate step to extract the bone/soft tissues interface via several segmentation methods as active contours. Due to the low quality of ultrasound images we decided to design a innovative cooperative process. As the surgeon positions the ultrasound probe on the patient, the bone interface appears on the system screen in real time. Then the clinician can help the segmentation result to converge to the final solution by a soft movement of the probe. The validation of our work was performed on a database of 651 ultrasound images, in a non-cooperative way. The best algorithm that extracts the bone interface by defining the optimal path in a graph of potential candidates was validated with a cooperative protocol on a prototype called PhysioPilot, in order to perform physiological measurements in a non-surgical context

La radiologie est actuellement la modalité d'imagerie la plus utilisée en chirurgie orthopédique, que ce soit en planification opératoire, en contrôle per-opératoire ou pour le suivi du patient. Un de ses inconvénients est de ne pas permettre un référencement géométrique des objets représentés. Il est donc impossible tout au long du processus chirurgical orthopédique, de mesurer précisément les modifications de géométrie des structures osseuses. En salle d'opération les instruments chirurgicaux sont référencés spatialement et permettent par palpations de points de référence une identification géométrique des structures osseuses. Ceci est limité au contexte chirurgical car ces palpations requièrent des incisions. Dans cette thèse, nous proposons d'introduire en chirurgie orthopédique une nouvelle approche fondée sur l'utilisation d'un capteur d'images ultrasonores dont le positionnement spatial est connu. Nous présentons une méthode d'analyse d'images ultrasonores qui aboutit à la détection des points de référence dans un contexte non chirurgical. Cet apport est fondamental car il introduit une continuité dans le contrôle précis de la géométrie des structures osseuses tout au long du processus chirurgical orthopédique de la planification opératoire jusqu'au suivi du patient. Pour déterminer la position des points de référence sur les images ultrasonores osseuses nous sommes passés par une étape intermédiaire consistant en la détection de l'interface osseuse par des approches fondées sur des modèles de contours. Devant la difficulté du problème lié à la très faible qualité des images ultrasonores osseuses, nous nous sommes orientés vers une approche coopérative innovante. Dès que la sonde est positionnée sur le patient, le système affiche en temps réel le contour détecté et le clinicien peut, par un mouvement continu de la sonde, faire converger le système vers une solution optimale au regard de son expertise et des propriétés images. La validation de nos algorithmes s'est tout d'abord effectuée en mode non coopératif sur une base de données contenant 651 images ultrasonores. Le meilleur algorithme fondé sur la recherche d'un chemin optimal parmi un ensemble de points de contours candidats a été validé en mode coopératif sur un prototype appelé PhysioPilot dédié à la mesure de paramètres physiologiques dans un contexte non chirurgical

Les transfusions sanguines sont fréquemment employées pour corriger l’anémie secondaire à une arthroplastie de la hanche ou du genou. Il n’y a cependant pas consensus sur les indications de transfuser. La tendance actuelle est d’utiliser une stratégie transfusionnelle restrictive (soit un seuil de 75-80 g/L d’hémoglobine) mais les conséquences d’une telle pratique sur la récupération fonctionnelle et la qualité de vie des patients sont mal connues. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la pratique transfusionnelle au Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CHUM). Notre hypothèse était que, devant l’imprécision des recommandations, la pratique transfusionnelle serait variable. Une étude rétrospective de 701 dossiers de patients ayant subi une arthroplastie de la hanche ou du genou a été réalisée. Nous avons observé que les transfusions étaient utilisées de la même façon dans les trois hôpitaux et que les médecins basaient leur décision de transfuser principalement sur un seul chiffre, la concentration d’hémoglobine, adoptant une stratégie restrictive. Soixante-six pourcent des patients avaient une concentration d’hémoglobine inférieure à 100 g/L au départ de l’hôpital. Dans un deuxième temps, nous avons évalué l’impact de cette anémie postopératoire sur la récupération fonctionnelle et la qualité de vie des patients. Notre hypothèse était qu’il existe une concentration d’hémoglobine en dessous de laquelle celles-ci sont atteintes. Une étude de cohorte prospective et observationnelle a été menée chez 305 patients regroupés selon leur concentration d’hémoglobine postopératoire. Les groupes d’hémoglobine (≤ 80, 81-90, 91-100 et > 100 g/L) étaient similaires dans l’évolution de la distance de marche en six minutes, de l’évaluation de l’effort fourni, de la force de préhension et des scores de qualité de vie. L’anémie modérée n’est donc pas associée à une atteinte de la récupération fonctionnelle et de la qualité de vie à court terme. D’autres études devront déterminer les conséquences à long terme d’une stratégie transfusionnelle restrictive sur ces patients. / Red blood cell transfusions are frequently used to treat anemia after total hip or knee arthroplasties. The indications for transfusions remain unclear despite published guidelines. Clinicians have adopted a restrictive transfusion threshold (75-80 g/L) but the consequences of such a strategy on functional outcome and quality of life are not known. First, we characterized the transfusion practice inside the Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CHUM). Our hypothesis was that transfusion practice varies inside the CHUM due to uncertainty. A retrospective study of 701 charts of patients operated for a hip or knee arthroplasty was conducted. We observed that there was no difference among hospitals regarding the way transfusions are used and that physicians mainly based their decision to transfuse on a single variable, the hemoglobin concentration, adopting a restrictive transfusion strategy. Sixty-six percent of patients had a hemoglobin concentration under 100 g/L after surgery. Second, we evaluated the impact of this postoperative anemia on functional outcome and quality of life. We hypothesized that a threshold hemoglobin concentration exists below which these become impaired. A prospective, observational cohort study was conducted in 305 patients categorized in groups according to their postoperative hemoglobin concentration. Hemoglobin groups (≤ 80, 81-90, 91-100 and > 100 g/L) were similar in the evolution of the distance walked in six minutes, perception of effort, maximal dominant hand strength and quality of life scores. Thus, moderate anemia is not associated with an impaired functional recovery or quality of life early after hip and knee arthroplasties. Further studies will be required to determine the long-term consequences of a restrictive transfusion strategy in these patients.

Les transfusions sanguines sont fréquemment employées pour corriger l’anémie secondaire à une arthroplastie de la hanche ou du genou. Il n’y a cependant pas consensus sur les indications de transfuser. La tendance actuelle est d’utiliser une stratégie transfusionnelle restrictive (soit un seuil de 75-80 g/L d’hémoglobine) mais les conséquences d’une telle pratique sur la récupération fonctionnelle et la qualité de vie des patients sont mal connues. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la pratique transfusionnelle au Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CHUM). Notre hypothèse était que, devant l’imprécision des recommandations, la pratique transfusionnelle serait variable. Une étude rétrospective de 701 dossiers de patients ayant subi une arthroplastie de la hanche ou du genou a été réalisée. Nous avons observé que les transfusions étaient utilisées de la même façon dans les trois hôpitaux et que les médecins basaient leur décision de transfuser principalement sur un seul chiffre, la concentration d’hémoglobine, adoptant une stratégie restrictive. Soixante-six pourcent des patients avaient une concentration d’hémoglobine inférieure à 100 g/L au départ de l’hôpital. Dans un deuxième temps, nous avons évalué l’impact de cette anémie postopératoire sur la récupération fonctionnelle et la qualité de vie des patients. Notre hypothèse était qu’il existe une concentration d’hémoglobine en dessous de laquelle celles-ci sont atteintes. Une étude de cohorte prospective et observationnelle a été menée chez 305 patients regroupés selon leur concentration d’hémoglobine postopératoire. Les groupes d’hémoglobine (≤ 80, 81-90, 91-100 et > 100 g/L) étaient similaires dans l’évolution de la distance de marche en six minutes, de l’évaluation de l’effort fourni, de la force de préhension et des scores de qualité de vie. L’anémie modérée n’est donc pas associée à une atteinte de la récupération fonctionnelle et de la qualité de vie à court terme. D’autres études devront déterminer les conséquences à long terme d’une stratégie transfusionnelle restrictive sur ces patients. / Red blood cell transfusions are frequently used to treat anemia after total hip or knee arthroplasties. The indications for transfusions remain unclear despite published guidelines. Clinicians have adopted a restrictive transfusion threshold (75-80 g/L) but the consequences of such a strategy on functional outcome and quality of life are not known. First, we characterized the transfusion practice inside the Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CHUM). Our hypothesis was that transfusion practice varies inside the CHUM due to uncertainty. A retrospective study of 701 charts of patients operated for a hip or knee arthroplasty was conducted. We observed that there was no difference among hospitals regarding the way transfusions are used and that physicians mainly based their decision to transfuse on a single variable, the hemoglobin concentration, adopting a restrictive transfusion strategy. Sixty-six percent of patients had a hemoglobin concentration under 100 g/L after surgery. Second, we evaluated the impact of this postoperative anemia on functional outcome and quality of life. We hypothesized that a threshold hemoglobin concentration exists below which these become impaired. A prospective, observational cohort study was conducted in 305 patients categorized in groups according to their postoperative hemoglobin concentration. Hemoglobin groups (≤ 80, 81-90, 91-100 and > 100 g/L) were similar in the evolution of the distance walked in six minutes, perception of effort, maximal dominant hand strength and quality of life scores. Thus, moderate anemia is not associated with an impaired functional recovery or quality of life early after hip and knee arthroplasties. Further studies will be required to determine the long-term consequences of a restrictive transfusion strategy in these patients.

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