Étude morphologique des structures osseuses de l’épaule par la caractérisation d’un modèle statistique

Yamani, Leen (2022). Étude morphologique des structures osseuses de l’épaule par la caractérisation d’un modèle statistique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les pathologies de l'épaule, telles que les ruptures de la coiffe de rotateurs, sont nombreuses et nécessitent des méthodes d'imagerie précises pour permettre une planification personnalisée d’une chirurgie. Il existe actuellement une méthode proposée au laboratoire de recherche en imagerie et orthopédie (LIO, ÉTS) qui permet de reconstruire des modèles 3D de l’épaule à partir de radiographies bi-planes, ce qui réduit l’irradiation auquel le patient est exposé avec des approches similaires de reconstruction utilisant des CT-scans. Cependant, l’utilisation d’un tel imageur comporte certaines limitations qui expliquent l’imprécision et le manque de robustesse de la méthode de reconstruction actuelle.

L'objectif principal de ce mémoire est de développer et valider des modèles statistiques qui pourront être intégrés dans la méthode de reconstruction 3D mentionnée ci-dessus. Ces modèles statistiques apporteront de l’information à priori sur la morphologie et la variation des structures osseuses de l’épaule, et permettront donc d’améliorer la méthode.

Dans un premier temps, nous présentons une revue de la morphologie de l’épaule et la méthode de reconstruction proposée antérieurement au LIO, en identifiant les limitations de celle-ci. Ensuite, nous utilisons trois bases de données de modèles 3D surfaciques d’épaules (asymptomatiques, pathologiques, et hospitalisés) pour générer des modèles statistiques par une analyse en composantes principales (ACP). Enfin, les modèles statistiques sont caractérisés et validés pour déterminer s’ils pourront être intégrés dans des méthodes de reconstruction 3D.

Nous constatons que les variations morphologiques des modèles statistiques correspondent aux variations décrites dans la littérature. D’après les résultats de l’ACP, il y a plus de variabilité dans la base hospitalisée, mais on ne peut pas déterminer si cette variabilité est due à une pathologie plus sévère, ou au fait que les modèles de cette base sont issus de CT-scans plutôt que des radiographies comme pour les autres bases.

Nous concluons que les modèles statistiques développés dans le cadre de ce travail pourraient bien être inclus dans une méthode de reconstruction, excluant les modèles de la base hospitalisée. La prochaine étape serait donc d’évaluer la méthode une fois les modèles statistiques intégrés.

Titre traduit

Study of the bony structures of the shoulder by the characterisation of a statistical model

Résumé traduit

Shoulder pathologies, like rotator cuff tears, are numerous and require precise imaging techniques in order to have personalized surgery plans. There is currently a method proposed in the imaging and orthopedics research laboratory (LIO, ÉTS) which permits the reconstruction of 3D shoulder models from bi-planar x-ray images, which reduces the radiation to which a patient is exposed through similar reconstruction approaches that use CT scans. However, using such an imaging device involves certain limitations which can explain the inaccuracy and lack of robustness of the current reconstruction method.

The main objective of this master's thesis is to develop and validate statistical models that can be integrated in the 3D reconstruction method mentioned above. These statistical models will bring a priori information on the morphology and variation of the bony structures of the shoulder and will thus improve the reconstruction method.

Firstly, we present a review of shoulder morphology and the reconstruction method previously proposed at the LIO, while identifying its limitations. Then, we use three databases of 3D shape models of the shoulder (asymptomatic, pathological, and hospitalized) to generate statistical models using a principal component analysis (PCA). Finally, the statistical models are characterized and validated to determine if they can be integrated in 3D reconstruction methods.

We deduce that morphological variations of the statistical models correspond to those described in the literature. According to the results of the PCA, there is more variability in the hospitalized database, but we cannot determine whether this variability is due to a more severe pathology, or because the models of this database were derived from CT scans instead of xray images like the other databases.

We conclude that the statistical models developed in this study can be included in a reconstruction method, excluding those of the hospitalized database. The next step will be to evaluate the method once the statistical models are integrated.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie des technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 119-127).
Mots-clés libres:	épaule, images radiographiques, reconstruction 3D, modèle statistique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Hagemeister, Nicola
Codirecteur:	Codirecteur de Guise, Jacques A.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	05 janv. 2023 19:18
Dernière modification:	05 janv. 2023 19:18
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3127

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