Plateforme de traitements et de visualisation pour la

DBSoft
Plateforme de traitements et de visualisation pour la
stimulation cérébrale profonde Campagne ADT 2013
Pour toute question, n’hésitez pas de contacter votre responsable SED ou la D2T
La soumission se fait via le site de dépôt : http://review-adt2013.inrialpes.fr
1
Attention : cette première page constitue la fiche signalétique de l’ADT dont certaines informations
seront accessibles sur l’intranet et peuvent servir à la communication national ; le reste du document
est uniquement destinée aux membres des commissions d’Inria chargés d’évaluer les demandes.
Récapitulatif de l’ADT
Titre & Acronyme : Plateforme de traitements et de visualisation pour la
stimulation cérébrale profonde - DBSoft
Porteur de l’ADT : Stanley Durrleman Email : [email protected]
CRI : Paris-Rocquencourt
EPI : équipe-centre ARAMIS
[ X ] Il s’agit d’une nouvelle ADT pour deux ans
[ ] Il s’agit d’une extension ou d’une prolongation d’une ADT acceptée en :
Les partenaires internes (EPI / CRI) et externes (autres labos, industriels) de
l’ADT :
-
-
Plateforme de neuro-imagerie (CENIR = Centre de Neuro-Imagerie de
Recherche) du Centre de Recherche de l’Institut du Cerveau et de la Moelle
(CRICM UMRS 975 UPMC, U 975 INSERM, UMR 7225 CNRS), contact : Eric
Bardinet ([email protected])
Plateforme de stéréotaxie (STIM = Stéréotaxie : techniques, images, modèles)
du CRICM, contact : Sara Fernandez Vidal ([email protected])
Equipe ARAMIS, contacts : Stanley Durrleman ([email protected]) et
Olivier Colliot ([email protected])
Budget (en k€)
2013
(3 mois)
4.8
2014
(12 mois)
3.7
2015
(9 mois)
6.7
Total
15.2
Total des ressources demandées pour l’ADT : 48 HM CDD + 3 HM SED
Total des ressources demandées pour la 1ère année : 24 HM CDD + 1,5 HM
SED
1
Il existe aussi un FAQ pour les questions les plus fréquentes sous la rubrique ADT sur le site
devexp.inria.fr
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Résumé de la soumission ADT
Le but de l’ADT est d’abord d’unifier au sein d’un unique environnement logiciel les
traitements et outils de visualisation utilisés lors des procédures neurochirurgicales
de stimulation cérébrale profonde au sein du groupe hospitalier Pitié-Salpêtrière. Il
s’agit ensuite d’évaluer l’apport de nouvelles méthodes de recalage iconogéométrique lors de l’étape essentielle de déformation d’un atlas 3D des noyaux gris
centraux vers le cerveau d’un patient. Ceci permettra d’améliorer la localisation du
noyau cible (variable selon la pathologie concernée) lors de la planification préopératoire, mais aussi de conduire des analyses rétrospectives lors du suivi postopératoire, et enfin de construire des atlas fonctionnels à partir des données
acquises sur des cohortes de patients.
Introduction
La stimulation cérébrale profonde est une technique chirurgicale de pointe qui
permet l’excitation ou l’inhibition de populations de neurones par l’implantation
d’électrodes dans certains territoires des noyaux gris centraux.
Comme dans beaucoup de techniques de chirurgie guidée par l’image, les outils de
traitement d’images et de visualisation jouent un rôle important à toutes les phases
de l’opération : planification, exécution et suivi post-opératoire. Cependant,
l’hétérogénéité des outils utilisés actuellement rend difficile leur utilisation routinière
par les neuro-chirurgiens ainsi que l’intégration de nouvelles fonctionnalités dans la
chaîne de traitements.
L’ADT vise à créer un environnement unifié des différents outils utilisés et cherche à
intégrer plusieurs fonctionnalités à forte valeur ajoutée : l’utilisation de nouvelles
méthodes de recalage pour la planification de l’opération, l’archivage et l’exploitation
systématique de toutes les données cliniques et électro-physiologiques acquises lors
de l’opération. Ces outils permettront à terme de mieux comprendre les effets de
l’opération en fonction de variables cliniques, d’améliorer les procédures et de
déployer des outils d’assistance à l’opération au bloc opératoire.
Contexte : état des lieux et positionnement avant l’ADT
Il n’existe pas aujourd’hui de standard méthodologique et technologique pour le
guidage de la stimulation cérébrale profonde grâce à l’image ou aux données
électro-physiologiques. Les centres hospitaliers ont développés des procédures
propres, souvent centrées autour de l’expertise d’un ou plusieurs neurochirurgiens.
En outre, des solutions logicielles variées sont aussi proposées par des industriels
(Medtronic ou Brainlab, par exemple).
Au sein du GH Pitié-Salpêtrière, les procédures de stimulation cérébrale profonde
utilisent des outils logiciels développés dans le CRICM, pour la préparation de
l’opération, son exécution et le suivi post-opératoire des patients (cf. Fig. 3, briques
bleues).
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Phase pré-opératoire :
Il s’agit d’identifier le noyau cible sur les images IRM pré-opératoires du patient, et de
calculer les trajectoires stéréotaxiques d’implantation.
L’originalité majeure de la procédure utilisée au GH Pitié-Salpêtrière est l’utilisation
d’un atlas histologique pour localiser les structures cibles dans les IRM préopératoires. En effet, la stimulation cérébrale profonde requière une très grande
précision (une différence de positionnement de 1 mm peut entraîner des effets
cliniques très différents), alors que la plupart des structures cibles (comme le noyau
sous-thalamique utilisé pour le traitement de la maladie de Parkinson) ne sont pas
directement identifiables dans les IRM pré-opératoires. Pour les localiser
précisément, nous utilisons un atlas histologique (issus d’un cerveau post-mortem
sur lequel ces structures ont été délinées) qui est recalé sur l’IRM pré-opératoire.
Jusqu’à présent, le recalage est linéaire par morceaux, ce qui permet une grande
robustesse de la méthode, au prix d’une localisation éventuellement imprécise des
noyaux dans certains cas, notamment quand les ventricules sont très développés
chez des sujets âgés. Ce recalage permet à un neuro-anatomiste de proposer au
neuro-chirurgien une localisation possible de la cible et une trajectoire possible pour
la descente des électrodes. Le neuro-chirurgien confronte cette proposition avec son
propre ciblage et prend une décision.
Phase per-opératoire :
Durant l’opération a lieu une exploration électrophysiologique, pendant laquelle le
neurochirurgien descend (à l’aide d’un micro-descendeur) des micro-électrodes (2 à
5, capables d’enregistrer un signal électrophysiologique neuronal unitaire) le long de
la trajectoire planifiée vers la cible. Le neurologue reconnaît la « signature
acoustique » de certaines populations de neurones permettant la détermination
quasi-certaine de la région traversée par les microélectrodes. Le patient étant
réveillé, les micro-électrodes sont alors utilisées en mode stimulation, pour tester les
effets thérapeutiques ou secondaires associés à une localisation donnée.
Cela permet au neuro-chirurgien de choisir la trajectoire d’implantation de l’électrode
définitive, ou macro-électrode, parmi les voies explorées.
Aujourd’hui, il n’y a pas d’outils de visualisation au bloc permettant de suivre la
descente des électrodes dans les IRM pré-opératoires. Les enregistrements électrophysiologiques sont rarement conservés et exploitées. Ces données sont pourtant
des données rares d’activité neuronale unitaire (SUA) conservées dans le cadre des
protocoles de recherche clinique ou dans le cadre d’études comportementales ou
cognitives en neurosciences. L’archivage et l’exploitation systématique des données
acquises lors des opérations seraient d’un très grand intérêt scientifique et clinique.
Phase post-opératoire :
Au lendemain de la chirurgie, on acquiert un CT-scan post-opératoire du patient, sur
lequel les plots de stimulation (entre 4 et 8 plots) disposés sur les macro-électrodes
finalement implantées sont visibles. Le recalage de ce CT-scan sur l’IRM préopératoire permet de confronter la localisation de la cible pré-opératoire avec
l’implantation réelle. Dans certains cas, un 2e CT-scan peut être acquis quelques
jours après la chirurgie, si un brainshift important a été observé sur le 1er scan (cf. cidessous paragraphe « Lien avec le projet ANR ACouStiC), et qui permet de le
corriger.
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Une fois les macro-électrodes reliées à un boitier de stimulation, le neurologue ou le
neurochirurgien peut moduler les zones d’activation (selon le plot de stimulation
sélectionné) et l’amplitude du signal délivré. Ainsi de nombreuses données sont
acquises durant le suivi post-opératoire des patients dans les jours qui suivent
l’opération : zones d’activation, signal délivré, signal enregistré, évolution de
différents symptômes et autres variables cliniques. Aujourd’hui, l’ensemble de ces
données ne sont pas systématiquement archivées avec les données d’imagerie et
d’anatomie et toutes ces données ne sont pas analysées dans le cadre d’études
statistiques sur des grandes cohortes.
Lien avec le projet ANR ACouStiC
Sara Fernandez Vidal et Eric Bardinet sont impliqués dans le projet ACouStiC
financé par l’ANR. Ce projet, piloté par Pierre Jannin, de l’Université de Rennes 1,
s’intéresse à la modélisation du phénomène de brainshift dans les procédures de
stimulation cérébrale profonde. Ce phénomène se traduit par l’apparition éventuelle,
lors de la chirurgie, de poches d’air au niveau préfrontal, entre le crâne et le cerveau
du patient, ce qui entraine une déformation du cerveau, et en cas de déformation
importante, un déplacement des noyaux cibles. Les développements
méthodologiques et logiciels issus de ce projet de recherche seront intégrés dans
l’environnement logiciel qui va être mis en place dans cette ADT.
Perspectives et déploiement
Les procédures envisagées dans ce projet ont l’avantage d’être automatiques et
pourraient facilement être transposables dans d’autres centres. Toutefois, des
problèmes de marquage CE et de propriété intellectuelle devront être résolus avant
d’envisager la valorisation de ce logiciel.
Détails des techniques et outils utilisés :
Baladin : logiciel effectuant le recalage iconique, linéaire par morceaux. Devrait être
inclus dans la plateforme mise au point dans l’ADT.
Yav : logiciel de visualisation utilisé pour le recalage de l’atlas histologique sur l’IRM
pre-opératoire. Devrait être remplacé par la plateforme mise au point dans l’ADT.
BrainVisa - toolbox STIM : plateforme de fusion de données, visualisation et de
traitement utilisé pour la modélisation du système stéréotaxique externe, la
planification des trajectoires d’implantation et pour la rétroprojection des localisations
per opératoires dans des études de groupe. Devrait être remplacé par la plateforme
mise au point dans l’ADT.
FreeSurfer : logiciel utilisé pour la segmentation des noyaux gris centraux visibles à
l’IRM 1.5T
Atlas YeB : il s’agit d’un atlas histologique 3D déformable, développé à travers une
collaboration INRIA (projet EPIDAURE, Nicholas AYACHE) / INSERM U679 (Yves
AGID) / CNRS UPR 640 (Line GARNERO), par Jérôme YELNIK, Didier Dormont,
Grégoire Malandain et Eric Bardinet. Cet atlas consiste en un ensemble de 2 IRM
post-mortem + une série de 80 structures 3D (maillages). Il s’agit d’un atlas
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déformable, par une stratégie de déformation bien précise, qui utilise le logiciel
Baladin (cf. ci-dessus). Cet atlas ainsi que la stratégie de déformation ont fait l’objet
d’une licence d’exploitation commerciale exclusive avec la société Medtronic en avril
2009. Il reste libre de droits pour les développements académiques.
Anastat : logiciel de recalage et de construction de modèles moyens à partir
d’images et de maillages issus de ces images (méthode icono-géométrique, nonlinéaire). Il a été développé par S. Durrleman et M. Prastawa en collaboration entre
Inria et l’université de l’Utah (USA) (demande de co-ownership en cours, le dépôt
APP suivra, affaire suivie par Amine Hassim, CRI Paris-Rocquencourt). Une version
dérivée du logiciel est destinée à être intégrée à la plateforme.
Fig. 1 : Position des électrodes pour la stimulation cérébrale profonde. En bleu, les
noyaux caudés, en rose le noyau sous-thalamique.
Fig. 2: IRM d’un patient avec la segmentation des noyaux caudés (en bleu) et des
ganglions de la base (en rouge, orange et rose) obtenu par le recalage de l’atlas
histologique guidé par l’intensité des images. (vue coronale et sagittale)
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Figure 3: Chaîne de traitement. En bleu: les éléments existants, en rouge: les briques à ajouter ; en violet : les briques
qui pourront être ajoutées grâce à l’ADT.
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Références :
Yelnik J., Bardinet E., Dormont D., Malandain G., Ourselin S., Tande D., Karachi C.,
Ayache N., Cornu P., Agid Y, 2007. A three-dimensional, histological and deformable
atlas of the human basal ganglia. I. Atlas construction based on
immunohistochemical and MRI data. Neuroimage 34(2):618-38.
Bardinet, E., Bhattacharjee, M., Dormont, D., Pidoux, B., Malandain, G., Schupbach,
M., Ayache, N., Cornu, P., Agid, Y., Yelnik, J., 2009. A three-dimensional histological
atlas of the human basal ganglia. II. Atlas deformation strategy and evaluation in
deep brain stimulation for Parkinson disease. Journal of neurosurgery, 110(2):20819.
Mallet L., Polosan M., Jaafari N., Baup N., Welter M.L., Fontaine D., du Montcel S.T.,
Yelnik J., Chéreau I., Arbus C., Raoul S., Aouizerate B., Damier P., Chabardès S.,
Czernecki V., Ardouin C., Krebs M.O., Bardinet E., Chaynes P., Burbaud P., Cornu
P., Derost P., Bougerol T., Bataille B., Mattei V., Dormont D., Devaux B., Vérin M.,
Houeto J.L., Pollak P., Benabid A.L., Agid Y., Krack P., Millet B., Pelissolo A., STOC
Study Group, 2008. Subthalamic nucleus stimulation in severe obsessive-compulsive
disorder. N Engl J Med. 359(20):2121-34. Erratum in: N Engl J Med. 361(10):1027.
S. Durrleman, S. Allassonnière, S. Joshi, 2012, Sparse parameterization of variability
in image ensembles, Int. J. Comp. Vision, doi 10.1007/s11263-012-0556-1
S. Durrleman, M. Prastawa, J.R. Korenberg, S. Joshi, A. Trouvé, G. Gerig, 2012,
Topology Preserving Atlas Construction from Shape Data without Correspondence
using Sparse Parameters, In Proc. of MICCAI'12
Objectifs de l'ADT
1. Création d’une plateforme logicielle intégrant tous les outils logiciels de
traitement et de visualisation utilisés actuellement (en bleu sur la Fig. 3),
2. Déploiement de méthodes de recalage icono-géométriques : en pré-opératoire
pour améliorer la localisation des structures cibles, en post-opératoire pour la
construction d’un atlas anatomo-fonctionnel,
3. Création d’un atlas anatomo-fonctionnel à partir de l’ensemble des données
électro-physiologiques acquises per et post opération,
4. Création d’une base de données archivant les données électro-physiologiques
et les variables cliniques pendant le suivi longitudinal post-opération et
permettant des études rétrospectives.
La sortie de l'ADT : positionnement après l’ADT
A la fin de l’ADT, nous disposons d’une plateforme unifiée de traitements et de
visualisation utilisable facilement à n’importe quel stade de l’opération. La plateforme
peut remplacer la chaîne de traitements utilisés aujourd’hui, et elle est suffisamment
souple pour permettre l’ajout progressif de nouvelles fonctionnalités.
De nouveaux outils ont été déployés et évalués à chaque stade de l’opération (cf.
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Fig. 3, briques rouges) :
Au niveau pré-opératoire :
Nous avons déployé une version dérivée du logiciel Anastat permettant le recalage
icono-géométrique de l’atlas histologique sur les IRM pré-opératoires des patients.
La méthode a été évaluée sur une base de test de 10 patients parkinsoniens qui ont
déjà été opérés. L’évaluation porte sur 3 critères : le gain en précision de la
localisation des électrodes dans l’IRM pré-opératoire, sa robustesse (mesurée
spécifiquement chez les patients présentant des ventricules très développés), et
l’évaluation qualitative des déformations obtenues à l’aide d’experts en neuroanatomie. Cette évaluation sera mise en regard des résultats obtenus par l’approche
actuelle utilisant des recalages iconiques linéaires par morceaux.
Cette évaluation pourra démontrer l’intérêt des méthodes de recalage développées
au sein de l’équipe ARAMIS dans un cadre de recherche translationnelle. Elle
permettra de valider les avantages putatifs de ces méthodes par rapport aux
approches concurrentes, en particulier leur capacité à préserver l’organisation
spatiale des structures anatomiques.
Au niveau per-opératoire :
Nous avons mis en place un moyen d’archiver les données électro-physiologiques
enregistrées au cours de l’opération.
L’ensemble des outils développés nous permet d’envisager un outil de visualisation
au bloc opératoire permettant de suivre la descente des électrodes dans l’IRM préopératoire en temps réel et de proposer des corrections de trajectoires en fonction
des signaux électro-physiologiques enregistrés.
Au niveau post-opératoire :
Nous disposons d’une base de données permettant l’exploitation de l’ensemble des
données électro-physiologiques et cliniques acquises pour chaque patient. Cette
base de données est utilisée pour créer un atlas anatomo-fonctionnel en
superposant les signaux enregistrés dans un repère anatomique commun à tous les
patients. L’archivage des données cliniques permet également de créer un atlas
anatomo-clinique qui permet l’étude des corrélations entre les zones d’activation des
électrodes, l’intensité de signal délivré et l’évolution des symptômes.
A plus long terme, la création de l’atlas anatomo-fonctionnel permet d’envisager la
correction en temps réel du recalage de l’atlas anatomique en fonction des données
électro-physiologiques enregistrées au moment de l’opération. Si la précision du
recalage devient suffisante, une automatisation plus avancée de l’implantation des
électrodes pourra être étudiée.
Les enseignements tirés des études rétrospectives auront potentiellement un impact
très important pour la pratique clinique et l’évolution des traitements par stimulations
cérébrales profondes.
A l’issu de l’ADT, la diffusion de la plateforme logicielle à d’autres centres hospitaliers
pourra être étudiée. Une étape indispensable sera d’obtenir l’agrément CE.
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Mise en œuvre prévisionnelle de l'ADT
1.1
Identification des rôles et organisation de l’ADT
Le projet se structure naturellement en deux parties. Le porteur du projet s’assure de
la bonne coordination entre les deux tâches.
Tâche 1 : Conception de la plateforme logicielle et intégration des outils existants et
développés au sein de la Tâche 2.
Coordinateurs : Eric Bardinet et Sara Fernandez Vidal
1 ingénieur expert en développement logiciel temps plein demandé
Tâche 2 : Conception et évaluation des nouveaux outils de recalage.
Coordinateurs : Stanley Durrleman et Olivier Colliot
1 ingénieur temps plein demandé
Les personnes suivantes (tous travaillent au CRICM) interviendront dans l’ADT en
tant qu’experts pour participer aux choix structurels et évaluer les résultats :
Jérôme Yelnik : neuroanatomiste
Carine Karachi : neurochirurgien
Marie-Laure Welter : neurologue
Les différents coordinateurs assureront la valorisation du travail effectué par des
communications écrites et orales auprès de la communauté scientifique et clinique
spécialisée en stimulation cérébrale profonde. Des démonstrations du logiciel dans
des ateliers spécialisés seront envisagées vers la fin du projet.
1.2
Planification prévisionnelle
T0 + 3 mois :
Tous les acteurs (neurochirurgiens, neuroanatomistes, ingénieurs des plateformes
IRM et de stéréotaxie) soumettent leurs souhaits concernant la plateforme.
Etablissement d’un cahier des charges. Etude des différentes solutions techniques
avec l’appui de la D2T.
T0 + 6 mois :
Tâche 1 : Prise en main des différents outils de traitements existants par l’ingénieur
1 de l’ADT. Etude de faisabilité du portage de ces outils dans la plateforme commune
et identification des verrous technologiques. Arbitrages et hiérarchisation des
priorités en lien avec la D2T.
Tâche 2 : Prise en main du logiciel Anastat par l’ingénieur 2 de l’ADT. Premiers tests
de recalage de l’atlas histologique sur une base de tests de patients parkinsoniens
T0 +12 mois :
Tâche 1 : La version 1.0 de la plateforme est prête et contient les fonctions
essentielles. Retour d’expérience des utilisateurs du logiciel (neuroanatomistes,
ingénieurs des plateformes, neurochirurgiens)
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Tâche 2 : Les tests du recalage icono-géométrique sur la base de test sont
effectués.
T0 + 15 mois :
Tâche 1 : intégration de la version dérivée du logiciel Anastat dans la plateforme
Tâche 2 : études méthodologiques pour la création d’un atlas anatomo-fonctionnel à
partir d’enregistrement électro-physiologiques
T0 + 18 mois :
Tâche 1 : Mise en place d’une base de données permettant l’archivage et
l’exploitation des données électrophysiologiques et cliniques pour chaque patient
Tâche 2 : Un atlas anatomo-fonctionnel est créé.
T0 + 24 mois :
Tâche 1 : « Mise en production » de l’ensemble de la chaîne de traitement : ciblage
pré-op avec recalage anatomo-fonctionnel, archivage des données dans une base
de données. Retour d’expérience des utilisateurs.
Tâche 2 : Un atlas anatomo-clinique est crée. Des études rétrospectives
préliminaires sont menées.
Ordonnancement des tâches : Les deux tâches peuvent être menées en parallèle
la plupart du temps, sauf pour l’intégration des méthodes de recalage dans la
plateforme logicielle (T0+15 mois) et l’utilisation des données électro-physiologiques
et cliniques pour la création des atlas anatomo-fonctionnel et anatomo-clinique (à
partir de T0+18 mois)
Risques : Pour la tâche 1, le risque principal se situe au niveau des choix logiciels et
de développement qui seront adoptés. Nous comptons sur l’appui de la D2T pour
nous guider dans ces choix. Pour la tâche 2, le risque réside dans l’évaluation de la
robustesse et précision des méthodes de recalage icono-géométriques. Des
résultats en deçà des attentes pourraient nécessiter des développements
méthodologiques complémentaires. Dans ce cas, le temps de développement serait
pris sur les études rétrospectives et la construction des atlas. Sur l’ensemble du
projet, l’impact du phénomène de brainshift sur la recherche d’une grande précision
dans l’identification des structures anatomiques atteintes par les électrodes
définitives représente un risque. L’intégration des résultats obtenus dans le projet
ANR ACouStiC devrait permettre de diminuer ce risque.
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DBSoft
Ressources
Ressources humaines
1.3
Ressources mobilisées au sein de l’EPI et des équipes de l’ICM :
Coordinateurs :
- Stanley Durrleman (10%)
- Olivier Colliot (5%)
- Sara Fernandez Vidal (10%)
- Eric Bardinet (10%)
Ingénieurs :
- Alexandre Routier (5%). Ingénieur CATI spécialisé dans le logiciel Anastat
pourra assister l’ingénieur expert demandé pour la tâche 2 pour la maîtrise du
logiciel
Stagiaires :
- nous disposons de financement de stages de M1 ou M2 que nous
mobiliserons en fonction des besoins
Ressources en CDD demandées :
Nous demandons 2 ingénieurs à temps plein sur la durée du projet :
-
ingénieur tâche 1 : expert en traitement d’images, visualisation, architecture
logicielle, interfaces homme-machine, solides connaissances de python,
php/mysql
ingénieur tâche 2 : expert en traitement d’images/signal avec de solides
connaissances de C++
Les deux ingénieurs travailleront à l’ICM sur le site de la Pitié-Salpêtrière au sein de
l’EPI Aramis et des plateformes CENIR et STIM.
Ressources humaines en provenance des services demandées :
Nous demandons l’appui d’un ingénieur SED pour aider l’ADT dans les choix
technologiques de départ et pour mettre en place des bonnes pratiques de
développement logiciel. Un ingénieur à 20% sur les 6 premiers mois de l’ADT et à
10% ensuite semble un minimum.
1.4
Aspects budgétaires
11/14
DBSoft
2013
2014
2015
1800
2700
2700
TOTAL
Ressources disponibles
dans les EPI (en k€)
Missions
Animation
Matériel scientifique
Stagiaires
7200
Prestations externes
Autre (préciser)
7200
TOTAL
Ressources
demandées (en k€)
2013
2014
2015
(3 mois)
Versement #1
en Sep–Oct
(12 mois)
Versements #2 et #3 :
en Jan–Fév et Mai–Juin
1000
(9 mois)
Versement #4
en Jan–Fév
3000
Missions
TOTAL
4000
1000
Animation
Matériel scientifique
1000
3000
3000
Prestations externes
Autre (préciser)
TOTAL
8000
Suivi et Evaluation
L’avancement et le succès de l’ADT pourront être évaluée à l’aune des critères
suivants :
- utilisation de la plateforme logicielle par les ingénieurs des plateformes de
stéréotaxie, les neuroanatomistes et neurochirurgiens (nombre d’utilisateurs et
fréquence, retour d’expérience),
- évaluation quantitative et qualitative des nouvelles méthodes de recalage sur
une base de test de 10 patients parkinsoniens (précision en localisation des
électrodes, robustesse, préservation de l’organisation anatomique sousjacente) et comparaison avec les méthodes standard,
- publications scientifiques dans des journaux de référence des résultats liés à
la nouvelle méthode de recalage et la construction des différents atlas,
- intérêt suscité auprès d’autres centres cliniques ou auprès d’industriels,
amorces de partenariat
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DBSoft
Annexe A Description des partenaires
Le Centre de NeuroImagerie de Recherche CENIR est une plateforme d'imagerie
rattachée au Centre de Recherche de l'Institut du Cerveau et de la Moelle épinière
(CRICM, UPMC UMR-S975, Inserm U975, CNRS UMR 7225) implanté dans l'Institut
du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM). Le CENIR est entièrement dédié aux
neurosciences intégratives, cognitives et cliniques chez l’homme normal et malade. Il
a pour objet de fournir un plateau technique d’imagerie et d’exploration humaine de
haute qualité. Le Centre assure le développement de recherches théoriques et
appliquées de haut niveau en neurologie et psychiatrie grâce à un nombre important
de patients et au grand potentiel de recherche en neurosciences du Groupe
Hospitalier Pitié-Salpêtrière.
La plateforme STIM est également une plateforme rattachée au Centre de
Recherche de l'Institut du Cerveau et de la Moelle épinière. Implantée dans l'Institut
du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM), elle a pour objectif de regrouper les
personnes, les outils, les projets autour de la stéréotaxie, dans le but de faciliter la
mutualisation des ressources et la transversalité des solutions développées. La
stéréotaxie consiste à se repérer précisément dans l’espace. En neurochirurgie, cela
consiste à utiliser des systèmes qui permettent de se positionner très précisément
dans le cerveau du patient. La stimulation cérébrale profonde est effectuée en
conditions stéréotaxiques, tout comme l’implantation d’électrodes d’enregistrement
chez des patients épileptiques pharmaco-résistants. Au sein du CRICM, un certain
nombre d’équipes travaillent à l’aide de données stéréotaxiques.
Les deux plateformes assureront le pilotage de la tâche 1 et la coordination avec les
experts en neuroanatomie et neurochirurgie.
Annexe B Description des logiciels
Baladin : logiciel effectuant le recalage iconique, linéaire par morceaux. Développé
en C, compilé et exécuté en ligne de commande sous environnement Linux,
Windows et MacOS, formats d’image supportés : Inrimage et Analyze. Devrait être
inclus dans la plateforme mise au point dans l’ADT.
Yav : logiciel de visualisation utilisé pour le recalage de l’atlas histologique sur l’IRM
pre-opératoire. Cœur implémenté en C, utilisé via des scripts Tcl. Devrait être
remplacé par la plateforme mise au point dans l’ADT.
BrainVisa - toolbox STIM : plateforme de fusion de données, visualisation et de
traitement utilisé pour la modélisation du système stéréotaxique externe, la
planification des trajectoires d’implantation et pour la rétroprojection des localisations
per opératoires dans des études de groupe. La plateforme BrainVisa est développé
au CEA (www.brainvisa.info), la toolbox STIM est un ensemble de scripts Python.
Devrait être remplacé par la plateforme mise au point dans l’ADT.
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FreeSurfer : logiciel utilisé pour la segmentation des noyaux gris centraux visibles à
l’IRM 1.5T. Le logiciel est développé au Massachussetts General Hospital
(http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/)
Atlas YeB : il s’agit d’un atlas histologique 3D déformable, développé à travers une
collaboration INRIA (projet EPIDAURE, Nicholas AYACHE) / INSERM U679 (Yves
AGID) / CNRS UPR 640 (Line GARNERO), par Jérôme YELNIK, Didier Dormont,
Grégoire Malandain et Eric Bardinet. Cet atlas consiste en un ensemble de 2 IRM
post-mortem + une série de 80 structures 3D (maillages). Il s’agit d’un atlas
déformable, par une stratégie de déformation bien précise, qui utilise le logiciel
Baladin (cf. ci-dessus). Cet atlas ainsi que la stratégie de déformation ont fait l’objet
d’une licence d’exploitation commerciale exclusive avec la société Medtronic en avril
2009. Il reste libre de droits pour les développements académiques. L’utilisation de
l’atlas se fait grâce à un ensemble de scripts s’exécutant sous environnement Linux.
Anastat : logiciel de recalage et de construction de modèles moyens à partir
d’images et de maillages issus de ces images (méthode icono-géométrique, nonlinéaire). Il a été développé par S. Durrleman et M. Prastawa en collaboration entre
Inria et l’université de l’Utah (USA) (demande de co-ownership en cours, le dépôt
APP suivra, affaire suivie par Amine Hassim, CRI Paris-Rocquencourt).
Le logiciel est écrit en C++ et utilise les librairies ITK et VTK pour les entrées/sorties
et opérations de base sur les images et primitives géométriques. Il s’exécute en ligne
de commande sous environnement Linux et MacOS.
Une version dérivée du logiciel est destinée à être intégrée à la plateforme. Fiche BIL
disponible
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