Automatic Analysis of the Scoliotic Trunk for Surgery Planning and Outcome Assessment

La préoccupation la plus importante des patients atteints de scoliose idiopathique adolescente (SIA) sévère, à qui il est conseillé de subir une correction chirurgicale, est l’apparence de leur tronc après la procédure et les améliorations esthétiques potentielles après la chirurgie. Ces facteurs influencent directement leur santé mentale et leur bien-être émotionnel. Par conséquent, les patients souhaitent comprendre l’impact de la correction de la colonne vertébrale sur l’apparence de leur tronc avant de procéder à la chirurgie. De plus, les chirurgiens doivent planifier leurs approches chirurgicales en tenant compte de l’aspect externe postopératoire du tronc avant d’effectuer la chirurgie. Cette planification aide à identifier la stratégie chirurgicale la plus appropriée pour le patient. Par conséquent, dans la planification chirurgicale pour le traitement de la scoliose sévère, les orthopédistes et les patients obtiendraient des informations précieuses en visualisant le résultat prévu de la chirurgie de la colonne vertébrale ainsi que son impact sur l’apparence externe du patient. Pour atteindre cet objectif, les chercheurs ont développé plusieurs simulateurs de chirurgie de la colonne vertébrale. Une première méthode consiste en une modélisation biomécanique des structures osseuses ainsi que de leur réponse à différentes stratégies opératoires. Le chirurgien peut ainsi visualiser l’effet d’une stratégie sur la géométrie 3D de la colonne vertébrale. Une deuxième méthode consiste en la propagation de la correction de la colonne vertébrale à travers les tissus mous du tronc afin de visualiser l’effet de la stratégie opératoire sur l’apparence externe du tronc. Ce simulateur utilise une modélisation physique des structures anatomiques du tronc et simule la surface externe du tronc en propageant les déplacements de la colonne vertébrale obtenus suite à la correction chirurgicale à travers un maillage tétraédrique des structures anatomiques du tronc. Afin d’utiliser ce simulateur avant d’effectuer la chirurgie, un modèle postopératoire 3D de la colonne vertébrale est requis. Étant donné que les simulateurs biomécaniques développés pour la simulation de la forme postopératoire de la colonne vertébrale ont été validés sur des cohortes restreintes de patients, une approche d’apprentissage basée sur l’ensemble des données acquises sur des patients opérés au CHU Sainte-Justine serait très utile. Des modèles d’apprentissage automatique ont déjà été utilisés pour prédire le résultat de la chirurgie de la scoliose sur la colonne vertébrale mais les résultats de ces modèles ne sont pas personnalisés pour chaque patient et se limitent à prédire quelques groupes de configurations.