Évaluation de la robustesse du recalage rigide multimodal entre échographie et imagerie par résonance magnétique dans les systèmes de neurochirurgie guidée par image

Rezig, Gelel (2025). Évaluation de la robustesse du recalage rigide multimodal entre échographie et imagerie par résonance magnétique dans les systèmes de neurochirurgie guidée par image. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans le cadre de ce mémoire de recherche, nous avons développé et mis en oeuvre une approche méthodologique détaillée visant à évaluer la robustesse du recalage multimodal entre l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et l'échographie (US) dans le cadre spécifique de la neuronavigation. Le recalage IRM-US est un élément critique pour compenser les déformations tissulaires intra opératoires, lesquelles induisent des discordances entre les données préopératoires et les conditions réelles du champ opératoire. L'intégration de l'échographie intra opératoire se justifie par sa capacité à actualiser les images préopératoires IRM en ajustant les déformations observées.

La robustesse du recalage IRM-US a été évaluée par la simulation de diverses perturbations, susceptibles d'être rencontrées en contexte clinique, affectant la géométrie et les caractéristiques des tissus cérébraux. Ces perturbations ont pour objectif de mettre à l’épreuve la capacité du recalage à maintenir une intégrité et une précision face à des conditions adverses. La quantification de l'erreur de recalage s'appuie sur l'identification de points de repère anatomiques précis identifiés par des chirurgiens avant et après introduction des perturbations, permettant une évaluation robustesse et objective de la performance du recalage.

Il est important de souligner que cette étude s’est focalisée sur un seul algorithme de recalage, permettant ainsi de proposer et de valider une méthodologie exhaustive pour évaluer sa robustesse. Bien que centrée sur ce cas particulier, la démarche expérimentale élaborée offre un cadre plus général, réplicable pour d’autres approches de recalage, et contribue à une meilleure compréhension des facteurs influençant la fiabilité du recalage multimodal.

Cette thèse propose une analyse approfondie de la robustesse du recalage IRM-US, essentielle pour la neuronavigation, offrant des perspectives significatives pour l'avancement des techniques de recalage. Cette contribution méthodologique vise à assurer un guidage chirurgical de haute précision, indispensable pour la réussite des interventions neurochirurgicales et pour la minimisation des risques opératoires.

Titre traduit

Evaluation of the robustness of rigid multimodal registration between ultrasound and magnetic resonance imaging in image-guided neurosurgery systems

Résumé traduit

In this research thesis, we developed and implemented a detailed methodological approach aimed at evaluating the robustness of multimodal registration between Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Ultrasound (US) in the specific context of neuronavigation. MRI-US registration is a critical component for compensating intraoperative tissue deformations, which create discrepancies between preoperative data and the actual conditions in the operative field. The integration of intraoperative ultrasound is justified by its ability to update preoperative MRI images by adjusting the observed deformations.

The robustness of MRI-US registration was assessed by simulating various perturbations that may arise in a clinical context, affecting the geometry and characteristics of brain tissue. These perturbations are intended to challenge the registration’s ability to maintain integrity and accuracy under adverse conditions. The quantification of registration error is based on the identification of precise anatomical landmarks, identified by surgeons both before and after the introduction of these perturbations, enabling a robust and objective evaluation of registration performance.

It is important to emphasize that this study focused on a single registration algorithm, thus providing and validating an exhaustive methodology for assessing its robustness. Although centered on this specific case, the experimental approach presented here offers a more general framework—one that can be replicated for other registration methods—and contributes to a deeper understanding of the factors influencing multimodal registration reliability.

This thesis provides an in-depth analysis of MRI-US registration robustness, crucial for neuronavigation, and offers significant prospects for advancing registration techniques. This methodological contribution aims to ensure high-precision surgical guidance, which is essential for successful neurosurgical interventions and for minimizing operative risks.

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 technologie de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 87-91).
Mots-clés libres:	recalage multimodal, système de neuro-navigation, robustesse, recalage rigide, déplacement cérébral
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Drouin, Simon
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	27 mai 2025 15:00
Dernière modification:	27 mai 2025 15:00
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3615

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