Reconstruction tridimensionnelle de la main à partir de radiographies biplanes : évaluation de la précision et de la fiabilité

Résumé

Contexte

Les troubles fonctionnels de la main sont généralement investigués, en premier lieu, à l’aide de l’imagerie radiographique conventionnelle. Cependant, les radiographies (deux dimensions (2D)) fournissent des renseignements limités, et l’information peut être réduite par le chevauchement des os et les biais de projection. Ce travail présente une méthode de reconstruction de la main en trois dimensions (3D) à partir de radiographies biplanes.

Méthode

Cette approche consiste en la déformation d’un modèle générique de main sur les radiographies biplanes par des processus manuels et automatiques. L’examen de référence étant la segmentation manuelle scanographique, la précision de la méthode a été évaluée par une comparaison entre les reconstructions à partir de radiographies biplanes et les reconstructions correspondantes à partir de scanner (0,3 mm d’épaisseur de coupe). Pour évaluer la reproductibilité de la méthode, 6 mains saines (6 sujets, 3 gauches, 3 hommes) ont été considérées. Deux opérateurs ont répété trois fois chaque reconstruction à partir de radiographies biplanes pour étudier la variabilité inter- et intra-opérateur. Trois paramètres anatomiques, qui pourraient être calculés automatiquement à partir des reconstructions, ont été considérés à partir des surfaces osseuses : la longueur du scaphoïde, la profondeur de l’extrémité distale du radius et la hauteur du trapèze.

Résultats

Le double de l’erreur quadratique moyenne (2 Root Mean Square, 2RMS), au niveau de la différence point/surface entre les radiographies biplanes et les reconstructions tomodensitométriques, variait de 0,46 mm pour les phalanges distales à 1,55 mm pour les os de la deuxième rangée. La variabilité inter-/intra-observateur a montré une précision à 95 % de l’intervalle de confiance inférieure à 1,32 mm, pour les paramètres anatomiques, et à 2,12 mm pour les barycentres osseux.

Discussion

La méthode actuelle permet d’obtenir une reconstruction 3D précise de la main et du poignet par rapport au scanner segmenté traditionnel. En améliorant l’automatisation de la méthode, cela nous permettrait d’obtenir rapidement des informations objectives sur la position des os dans l’espace. L’intérêt de cette méthode réside dans le diagnostic précoce de certaines pathologies ligamentaires (instabilité carpienne) et a également des implications dans la planification chirurgicale et la modélisation personnalisée par éléments finis.

Niveau de preuve

Sciences fondamentales.

Introduction

Après un examen clinique indispensable, les radiographies conventionnelles constituent les examens de premières lignes pour diagnostiquer les pathologies de la main et du poignet. Les radiographies de la main et du poignet nécessitent souvent de multiples incidences ou positions pour surmonter les biais de projection et le chevauchement des os [1], [2].

De plus, le problème de la reproductibilité des incidences radiologiques rend la mesure précise et objective des écarts et distances (entre les os du carpe, par exemple) difficile avec ce type d’imagerie.

Les modèles en trois dimensions (3D) sont plus informatifs et les techniques de reconstruction automatisée, fournies par le système Picture Archiving and Communication System (PACS), utilisé en routine clinique, ne permettent, cependant, pas d’effectuer des mesures 3D objectives et efficaces, puisqu’il s’agit davantage d’outils de visualisation.

La reconstruction 3D a, en effet, de multiples intérêts : meilleure compréhension de la physiopathologie, diagnostics plus précoces de certaines lésions, notamment ligamentaires, aide à la planification chirurgicale et au suivi des patients. Bien que plusieurs méthodes soient proposées dans la littérature, plusieurs obstacles empêchent une mise en œuvre efficace en routine clinique.

Parmi ces méthodes de reconstruction 3D, la segmentation manuelle scanographique par ordinateur est considérée comme l’examen de référence [3]. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) n’est également plus réservée au diagnostic des tissus mous, mais joue également un rôle dans le diagnostic des fractures occultes [4]. La tomographie volumique à faisceau conique (TVFC), initialement utilisée pour l’imagerie dento-maxillo-faciale, a récemment été appliquée à l’imagerie des extrémités [5], [6]. Les images à haute résolution font de la TVFC une technique d’imagerie très bien adaptée à l’étude des fractures infraradiologiques du poignet.

Des travaux antérieurs ont étudié des algorithmes semi-automatiques [7], [8], [9], [10] et entièrement automatisés [11], [12] pour obtenir les surfaces 3D à partir de ces technologies d’imagerie. Cependant, ces modalités d’imagerie présentent des inconvénients, tels qu’un niveau élevé de radiations ionisantes pour le scanner ou une segmentation manuelle, coûteuse et lente pour l’IRM.

Les technologies de radiographie biplanes à faible dose offrent des doses de rayonnement inférieures à celles du scanner et sont plus accessibles que l’IRM. Les développements récents des techniques de reconstruction 3D, à partir de rayons X biplanes, permettent la reconstruction 3D spécifique de la colonne vertébrale [13], de la cage thoracique [14], du membre supérieur [15], du membre inférieur [16], [17], de l’enveloppe externe [18] et, plus récemment, de structures plus petites et complexes telles que les os du pied [19], [20]. Toutefois, la configuration, la taille et la morphologie des os de la main et du poignet, en particulier dans la région du carpe, empêchent une application directe de ces travaux antérieurs.

L’objectif principal de cette étude est d’adapter et de valider une nouvelle méthode de reconstruction 3D de la main et du poignet à partir de radiographies biplanes à faible dose. L’objectif secondaire est de quantifier la précision de cette méthode comparée à la technique de référence scanographique. Notre hypothèse principale suppose que les reconstructions 3D de la main et du poignet, obtenues à partir de radiographies biplanes, sont fiables et d’une précision équivalente aux travaux similaires réalisés pour d’autres régions anatomiques.