Construction et validation d'un atlas statistique 3D des os carpiens humains

Co-directeur de thèse :     Franck QUAINE

École doctorale : Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (MSTII)

Spécialité : Informatique

Structure de rattachement : Université Grenoble Alpes

Établissement d'origine : INPG/ENSIMAG

Financement(s) : Contrat doctoral

Date d'entrée en thèse : 01/10/2016

Date de soutenance : 16/12/2019

Composition du jury :
Xavier PENNEC, Directeur de recher, INRIA CENTRE S ANTIPOLIS MEDITERRANEE, Rapporteur
Sébastien VALETTE, Chargé de recherche, CNRS délégation Rhône Auvergne, Rapporteur
Pierre PORTERO, Professeur, Université Paris est creteil val de Marne, Examinateur
Yohan PAYAN, Directeur de Recherche, CNRS délégation Alpes, Examinateur
Lionel REVERET, Chargé de Recherche, INRIA CENTRE DE GRENOBLE RHÔNE-ALPES, Directeur de thèse
Franck QUAINE, Maître de conférence, Université Grenoble Alpes, Co-Directeur de thèse

Résumé : Le poignet humain est une articulation essentielle, car il est à l’origine de la grande amplitude de mouvement de la main. C’est également une articulation complexe, composée de huit petits os carpiens, qui sont connectés aux cinq métacarpes et aux deux os de l’avant-bras. La complexité de l’articulation est non seulement due à ce grand nombre d’os, mais également à la petite taille des os carpiens et à leurs formes élaborées, qui rendent le mouvement des os les uns autour des autres également complexe. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la modélisation 3D de la forme des os. Peu de travaux ont été menés jusqu’à présent sur la modélisation des os du poignet, et peu de données exploitables pour des modèles informatiques ont été collectées. Or de tels modèles informatiques peuvent avoir de nombreuses applications : ils peuvent servir de base pour la création d’outils informatiques automatisés ou encore être intégrés dans des logiciels servant de support au diagnostique. La qualité des résultats de telles applications dépend de la qualité du modèle utilisé. C’est pourquoi nous attachons une attention particulière à la validation de notre travail, alors même qu’il n’existe pas de mesure directes pour l’évaluation, et qu’il faut utiliser des métriques indirectes. Nous nous sommes intéressés à des outils pour la modélisation 3D, particulièrement aux techniques de correspondance entre maillages. Nous présentons une méthode pour transformer des maillages bruts directement créés à partir de tomodensitogrammes en nouveaux maillages représentant les mêmes os tout en définissant des relations de correspondance. %Une telle procédure de remaillage n’est pas triviale à définir ni à valider, c’est pourquoi nous y portons une attention particulière. Une fois définies, ces relations rendent possible de nombreuses applications, qui permettent une validation supplémentaire des correspondances. Nous présentons plusieurs applications. La variabilité de la forme des os est analysée à l’aide d’outils statistiques tels que l’Analyse en Composantes Principales (ACP) ainsi qu’un outil basé sur les Processus Gaussiens. Les capacités d’adaptation du modèle ACP à de nouvelles formes sont utilisées pour définir des relations de correspondance avec une seconde base de données. Nous proposons également une méthode pour transférer simplement des systèmes de coordonnées ou tout autre point remarquable définis pour quelques exemples vers le reste de la base de données. Une telle application est utile pour des études biomécaniques de mouvement du poignet. Finalement, dans une dernière étape, nous nous sommes intéressés à la modélisation des mouvements des os du poignet à l’aide d’un modèle paramétrique basé sur des prédicteurs significatifs et facilement mesurables.