Vers un suivi non-irradiant de la courbure rachidienne pour l'assistance à la chirurgie correctrice de la scoliose

Ce projet vise à développer une méthode de suivi non-irradiant de la courbure de la colonne vertébrale, afin d’apporter une assistance à la chirurgie correctrice de la scoliose. La scoliose est une malformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale, qui, dans les cas les plus sévères, peut mener à une chirurgie visant à la réaligner. Pour cela, nous avons basé notre travail sur une méthode de recalage d’un modèle préopé- ratoire 3D du rachis du patient sur des images de surface qui pourraient être obtenues, sans radiations, aussi souvent que nécessaire, pendant la chirurgie. L’originalité de ce travail vient notamment des techniques d’imagerie utilisées, avec des vo- lumes IRM en préopératoire et de la lumière structurée en peropératoire, pour éviter les risques associés à l’exposition répétitive aux radiations chez les jeunes patients. De plus, notre méthode est développée pour les cas de scoliose sévère, et donc est adaptée aux grandes courbures tridimensionnelles. Enfin, il faut que la segmentation préopératoire soit précise sur l’arc vertébral, c’est-à-dire la partie postérieure du rachis, car c’est la zone exposée durant la chirurgie par approche postérieure et qui va permettre le recalage des deux modalités. La segmentation préopératoire des vertèbres dans les tranches d’IRM est basée sur une pre- mière segmentation obtenue par apprentissage profond, en utilisant un modèle Unet entrainé sur des données IRM de patients avec SIA sévère. Elle permet d’obtenir une bonne segmen- tation du corps vertébral, mais ne segmente pas suffisamment bien les processus. Pour pallier à cela, nous exploitons des modèles 3D surfaciques de vertèbres obtenus par stéréoradiographie. Ces derniers sont recalés sur la segmentation du corps vertébral. En découpant le modèle 3D selon les mêmes tranches que l’IRM, on peut donc obtenir des zones où les processus se situent à priori. Ces contours sont alors utilisés pour placer des marqueurs et exploités par une version adaptée de segmentation par ligne de partage des eaux (watershed). Nos résultats calculés sur 50 volumes IRM de patients avec scoliose montrent que l’étape de raffinement de segmentation permet de doubler le score DICE sur l’arc vertébral, permettant d’atteindre un score moyen de 65% sur cette partie, tout en maintenant un score de 84% sur l’ensemble de la vertèbre.