Les techniques d’ablations percutanées sont des procédés de radiologie interventionnelle ayant pour objectif la prise en charge mini invasive des pathologies tumorales. La technique la plus répandue est la radiofréquence. De nouvelles techniques (micro-ondes et la cryothérapie) ont fait leur apparition récemment élargissent le champ des possibles. A travers ce travail nous avons mis en avant différentes innovations significatives dans la prise en charge des patients tout au long de leur parcours. Nous avons tenté de montrer que les techniques émergentes telle que les micro-ondes sont des techniques fiables et reproductibles à condition que les volumes d'ablation soient déterminés in vivo. La sécurisation des procédures et la diminution des taux de complications constitue un point important permettant de renforcer le caractère mini invasif des ce techniques. Nous avons réussi à étudier la physiopathologie des pneumothorax survenus aux décours des radiofréquences pulmonaires, montré que la simple visualisation d'un trajet de RF après retrait de l'aiguille constituait un facteur de risque indépendant de pneumothorax et de mise en place de drain thoracique. Nous avons proposé une méthode originale permettant de combler ces trajets et montré le bénéfice significatif pour le patient en termes de survenue de pneumothorax et de mise en place de drain thoracique. Nous nous sommes enfin intéressés aux nouvelles modalités de suivi des patients, et notamment à l'émergence du scanner double énergie dans le suivi de ces patients pour lesquels il n'existe aucune modalité d'imagerie permettant de dépister les récidives précoces. / Percutaneous ablative techniques are interventional radiology procedures aimed at minimally invasive management of tumors. The most common technique is radiofrequency. New techniques (microwaves and cryotherapy) have emerged recently. Through this work we have put forward various significant innovations in the care of patients. We have tried to show that emerging techniques such as microwaves are reliable and reproducible techniques. The safety of procedures and the reduction of complication rates is an important point to reinforce the minimal invasiveness of these techniques. We have successfully studied the pathophysiology of pneumothoraxes occurring during pulmonary radiofrequency defects and showed that the simple visualization of an RF path after removal of the needle constituted an independent risk factor for pneumothorax and the placement of a thoracic drain. We proposed an original method to fill these pathways and showed significant benefit for the patient in terms of pneumothorax and chest tube placement. Finally, we were interested in the new ways of monitoring patients, and role of dual energy scanner in the follow-up of those patients for whom there is no imaging modality to detect early recurrences

Thèse de doctorat : Sciences pour l'Ingénieur. Robotique : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 169-179.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine. Radiodiagnostic et imagerie médicale : Nantes : 2008. / Bibliogr.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine vétérinaire : Toulouse 3 : 2008. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 107-128.

La prévention des effets biologiques radio-induits en radiologie interventionnelle nécessite une estimation complète de l’exposition à la peau et aux organes du patient. Dans ce contexte, un logiciel permettant une reconstruction post-opératoire précise et rapide de la dosimétrie du patient par méthode Monte Carlo, a été développé. L’utilisation de techniques de réduction de variance et de navigation voxélisée avancées permet une amélioration significative du temps de calcul. Des fantômes anthropomorphes de dernière génération, couplés à la lecture des paramètres d’irradiation, permettent une prise en compte réaliste de l’anatomie du patient et de la géométrie de la machine. La précision de la modélisation Monte Carlo associée à un temps d’exécution réduit ainsi qu’à une complète automatisation rend cet outil particulièrement adapté à un calcul systématique en radiologie interventionnelle. / The prevention of the radio-induced biological effects in interventional radiology require a complete estimation of the patient skin and organs exposition. In this context, a software allowing a precise and fast postoperative reconstruction of the patient’s dosimetry using the Monte Carlo method was developed. The use of advanced methods of variance reduction and voxelized navigation allows a significant improvement in computing time. Last generation anthropomorphic phantoms, coupled with the reading of the irradiation parameters, allow to take realistic account of the patient's anatomy and the geometry of the machine. The precision of the Monte Carlo modelization associated with a reduced execution time as well as a complete automation makes this tool particularly suitable for a systematic calculation in interventional radiology.

La maladie coronarienne athérosclérotique constitue la principale cause de mortalité au monde. Les interventions coronariennes percutanées occupent une place de choix parmi les modalités diagnostiques et thérapeutiques offertes aux patients et nécessitent à ces fins l’utilisation de rayons X. Or, les effets délétères résultant d’une exposition aux rayons X comptent parmi les risques auxquels sont exposés les patients et le personnel médical lors d’une intervention coronarienne percutanée. Dans le but de minimiser ces risques, il convient de s’intéresser à l’identification, puis à l’optimisation des facteurs influençant l’exposition à la radiation. Parmi ceux-ci, un accès vasculaire via l’artère radiale a été associé de façon inconstante à une exposition accrue, bien qu’il soit de plus en plus adopté à l’échelle mondiale. D’autres facteurs ont également été décrits, mais il n’existe pas à ce jour de classification pratique axée sur les facteurs modifiables par l’hémodynamicien au chevet du patient. Cette thèse avait donc pour objectif l’identification de facteurs techniques modifiables influençant l’exposition à la radiation des patients en cardiologie interventionnelle ainsi que la formulation de recommandations cliniques visant leur optimisation dans une perspective de réduction des risques. Quatre volets indépendants et complémentaires, correspondant à autant d’études publiées dans des journaux scientifiques avec comité de pairs, ont été entrepris à l’Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec afin d’étudier l’influence de la séquence d’intervention, du nombre et du type de cathéters, de la cadence d’images et de la voie d’accès artérielle sur l’exposition à la radiation. Le temps de fluoroscopie et le produit dose-surface ont été utilisés comme principales mesures de l’exposition à la radiation. Les résultats obtenus suggèrent que la séquence d’intervention n’influence pas l’exposition des patients à la radiation, mais que l’usage de cathéters spécifiques et d’une cadence d’images en fluoroscopie à 7,5 images par seconde sont associés à une réduction de l’exposition des patients. La voie d’accès transradiale est quant à elle associée à une légère hausse de l’exposition à la radiation comparativement à la voie transfémorale, mais les répercussions cliniques de ce surplus semblent peu significatives pour le patient. En conclusion, l’optimisation de facteurs techniques modifiables permet de réduire l’exposition à la radiation des patients en cardiologie interventionnelle et réitère l’importance de l’adoption de bonnes pratiques de radioprotection. / Coronary artery disease is the leading cause of mortality throughout the world. Percutaneous coronary interventions are increasingly used as diagnostic and therapeutic tools applied to patient care. The use of X-rays is mandatory to perform these procedures. The side effects of radiation exposure are amongst the risks to which patients undergoing a percutaneous coronary intervention are exposed. In order to minimize these risks, one must identify and optimize factors influencing radiation exposure. Amongst them, the radial vascular access site has been inconsistently associated with an increased exposure, even if it is increasingly adopted worldwide as the primary access site. Other factors have also been identified, yet a clinical classification based on their optimization potential by the physician at patient’s bedside remains to be described. The aims of this thesis were identification of technical factors that could be modified at patient’s bedside and formulation of clinical recommendations influencing patient’s radiation exposure. Four independent and complementary projects have been proposed targeting revascularization strategy, catheters number and type, fluoroscopy acquisition rate and vascular access site as potential factors influencing radiation exposure. All studies were lead at Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec. Fluoroscopy time and dose-area product were used as surrogate indicators of radiation exposure. Our results imply that the revascularization strategy did not influence radiation exposure, but that the use of a multiple catheters approach and a 7.5 images per second low-rate fluoroscopy were associated with a reduction of patient’s radiation exposure. Transradial access was associated with a modest increase in radiation exposure when compared with transfemoral access, but the clinical significance of this small increase is uncertain and unlikely to outweigh the clinical benefits of transradial access. In conclusion, identification of technical factors associated with a reduction in radiation exposure enables the formulation of clinical recommendations aiming at risk minimization for the patient and encourages good radiation protection practices.

En neuroradiologie interventionnelle, la machine d'angiographie RX est le moyen d'imagerie par excellence pour guider le médecin dans l'accomplissement de son<br />geste thérapeutique. Cette machine permet l'acquisition d'une image 3D montrant les artères du patient (ou 3DXA). Cependant, le contrôle visuel du déploiement des<br /> outils (guide, cathéter...) est effectué en 2D avec une image temps réel (ou fluoroscopie). Cette thèse a pour ambition de contribuer à l'amélioration des techniqu<br />es de guidage en proposant des outils permettant une utilisation de l?image 3D durant le traitement.<br /><br />Les images étant acquises avec la même machine d'angiographie, nous avons consacré une partie de notre travail au développement de méthodes fiables de calibrage de<br /> la chaîne image portée par l'arceau rotatif de la machine. Le but était de comprendre si l'arceau se déformait ou non sous l'influence de son poids.<br /><br />Tirant parti du fait que les images sont acquises avec la même machine, nous avons ensuite proposé une méthode de recalage 3D2D entre l'image 3DXA et la fluorosc<br />opie. Cette méthode exploite les capteurs de position du système et incorpore les déformations subies par le système.<br /><br />Suite à ces travaux, un système permettant la fusion de l'image 3DXA avec la fluoroscopie a été développé en collaboration avec GE Healthcare et évalué au CHU de Nanc<br />y pour le traitement des anévrismes cérébraux.<br /><br />Enfin, un nouveau système doté de deux chaînes images (ou système bi-plan) a été installé à Nancy durant notre thèse. Après avoir développé une méthode de détection 2D du g<br />uide dans les images fluoroscopiques, nous avons initié une première étude de la reconstruction 3D du guide à partir des images bi-plan.

Les ablations thermiques percutanées guidées par IRM sont actuellement contrôlées en temps réel grâce à la thermométrie IRM. Cependant, aucune information directement associée aux changement de propriétés intrinsèques du tissu n’est disponible pendant la procédure. Ces travaux offrent la possibilité d’un monitorage plus complet des ablations thermiques grâce à l’Elastographie par Résonance Magnétique (ERM) combinée à la thermométrie IRM. Le système proposé est composé d’un excitateur à aiguille, d’une séquence d’encodage du mouvement synchronisée sur la respiration et d’une méthode de reconstruction en temps réel de carte d’élasticité et de température. Les changements d’élasticité et de température se produisant lors d’ablations thermiques par laser ont été mesurés in vivo en temps réel avec succès grâce à ce système. Une nouvelle méthode de traitement des données ERM sans reconstruction d’images de phase est aussi proposée afin de s'affranchir d'étapes conventionnelles fastidieuses. / MR-guided percutaneous thermal ablations are currently monitored by MR thermometry. However, no information related to intrinsic property changes of the tissue is available during the procedure. The feasibility of monitoring in vivo thermal ablations by simultaneous Magnetic Resonance Elastography (MRE) and MR-thermometry is demonstrated in this work. The interventional MRE system includes a needle MRE driver, a respiratory triggered gradient-echo sequence with motion encoding, and an online reconstruction method that provides elasticity and temperature measurements in real-time. Changes in elasticity and temperature occurring during laser thermal ablations were successfully measured in vivo thanks to this interventional MRE system. An innovative method for MRE data processing without phase image reconstruction is also proposed in order to avoid challenging steps of the conventional process.

En radiologie interventionnelle, le praticien se sert actuellement de plusieurs acquisitions scanner (coupes 2D) pour pouvoir atteindre sa cible au cours d'une ponction percutanée dans la zone abdominale. Notre objectif est de concevoir un système de guidage minimisant ces acquisitions et donc le temps de l'intervention. Pour cela, nous proposons un système de réalité augmentée superposant des reconstructions 3D pré-opératoires des structures abdominales du patient dans des images vidéo externes de son corps. En plus d'être précis, rapide et fiable, cet outil devra pouvoir être introduit aisément en salle d'opération.<br />Dans notre cas, le patient est intubé et sa ventilation contrôlée, nous pouvons donc négliger les effets de la respiration : un recalage rigide 3D/2D de marqueurs radio-opaques collés sur la peau est suffisant pour atteindre la précision requise. Les hypothèses statistiques des critères classiques n'étant pas adéquates pour notre application, nous avons dérivé un nouveau critère généralisant les approches standard. Une évaluation rigoureuse des performances démontre la supériorité de notre méthode en terme de précision et de robustesse.<br />Pour atteindre le temps réel en salle d'opération, nous avons ensuite développé un ensemble d'algorithmes d'extraction et de mise en correspondance des marqueurs radio-opaques dont nous avons validé la robustesse sur de nombreuses images réelles. La précision du système dépendant de nombreux paramètres (nombre de marqueurs radio-opaques, position des caméras...), elle ne peut pas être établie préalablement de manière définitive. Afin de fournir un système fiable, nous proposons donc une technique de propagation des covariances qui permet d'estimer dynamiquement l'erreur de repositionnement des modèles reconstruits. Une phase de validation méticuleuse, sur des données synthétiques et réelles, démontre que notre prédiction est fiable dans les conditions de notre application.<br />Après cette validation de chacun des modules, nous montrons la faisabilité et l'intérêt de notre système complet en menant une évaluation sur un mannequin : quatre chirurgiens ont réussi à atteindre des cibles en des temps dix fois inférieurs à ceux usuellement nécessaires pour ce type d'intervention et avec une précision supérieure. Finalement, plusieurs expériences cliniques sur des patients démontrent que notre système est utilisable en salle d'opération et suggèrent son utilisation en routine dans un futur proche.

La réalisation de gestes percutanés dans l'IRM ouvre la voie à des pratiques médicales prometteuses. En revanche, l'utilisation de l'IRM reste à ce jour limitée, et ce malgré l'intérêt en terme de qualité d'image. Cela est dû principalement à l'étroitesse du tunnel et à la complexité des gestes réalisés. Pour rendre accessibles de telles pratiques, une assistance robotique semble très pertinente. Pour le concepteur, la réalisation d'un système robotisé compatible IRM n'est pas une tâche facile, étant donné l'espace disponible et la présence d'un champ magnétique intense. C'est dans ce contexte que nous avons développé un assistant robotique, MRGuide, dédié aux traitements du cancer de la prostate dans l'IRM. Il s'agit d'un manipulateur à câbles avec un actionnement déporté. Dans ce travail, de nombreuses contributions menant à la réalisation de ce prototypes ont présentées. Parmi celles‐ci, une instrumentation originale pour estimer la tension des câbles est proposée. Cette instrumentation est basée sur l'utilisation d'une structure en treillis, de mécanismes compliants et de capteurs de déplacement à technologie optique pour assurer la compatibilité avec le scanner. Pour optimiser la géométrie du robot et faciliter son intégration dans l'IRM, une démarche de conception des robots à câbles instrumentés est développée. Cette démarche est basée sur une approche par intervalles. D'autres contributions relatives à la caractérisation de l'espace de travail des robots à câbles instrumentés, à l'étalonnage des capteurs de tension et au développement d'une stratégie de commande adaptée au dispositif sont décrites.