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Abstract
Scoliosis is a three-dimensional deformation of the spine. In order to help clinicians and scientists to visualize and analyze the 3-D deformation of the spine, 3-D radiographic reconstruction techniques have been developed. However, few models represent the anatomical structure of the spine and thorax in a realistic and personalized way and almost none of them includes the pelvis.
A 3-D radiographic reconstruction of the pelvis has first been done. For the purposes of this project, seven different geometrical modelling methods have been developed and compared. They are different in 3 points: (l) the pelvis modelling as one piece or as two different pieces (i.e. sacrum and iliac bones), (2) the choice of the anatomical landmarks used to calculate the geometrical transformation, (3) the deformation technique used (scale factors or 3-D geometrical kriging). Finally, a finite element mechanical model of the pelvis has been developed from the geometry obtained in the previous steps. This model represents the bony region of the pelvis using beams and the ligaments of the lombo-sacral junction by deformable elements.
Results have shown that the 3-D reconstruction of pelvic anatomical landmarks is adequate despite the difficulty to identify some of them on the x-rays.
The most promising modelling methods are those using 3-D geometrical kriging (linear drift and fluctuation) to deform the pelvis, compared to those using scale factors. Generally, the geometrical modelling of the pelvis reaches the same level of precision as for the vertebrae, especially for the superior anatomical region of the sacrum. (Abstract shortened by UMI.)
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La scoliose est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale. Afin d'aider les cliniciens et les scientifiques à visualiser et analyser la déformation 3D de la colonne vertébrale, des techniques de reconstruction radiographique 3D ont été développées. Cependant, peu de modèles représentent la structure anatomique de la colonne vertébrale et du thorax de manière réaliste et personnalisée et presque aucun d'entre eux n'inclut le bassin.
Une reconstruction radiographique 3D du bassin a d'abord été réalisée. Pour les besoins de ce projet, sept méthodes de modélisation géométrique différentes ont été développées et comparées. Ils se différencient sur 3 points : (l) la modélisation du bassin en une seule pièce ou en deux pièces différentes (i.e. sacrum et os iliaques), (2) le choix des repères anatomiques utilisés pour calculer la transformation géométrique, (3) la déformation technique utilisée (facteurs d'échelle ou krigeage géométrique 3-D). Enfin, un modèle mécanique par éléments finis du bassin a été développé à partir de la géométrie obtenue dans les étapes précédentes. Ce modèle représente la région osseuse du bassin à l'aide de poutres et les ligaments de la jonction lombo-sacrée par des éléments déformables.
Les résultats ont montré que la reconstruction 3D des repères anatomiques pelviens est adéquate malgré la difficulté à identifier certains d'entre eux sur les radiographies.
Les méthodes de modélisation les plus prometteuses sont celles utilisant le krigeage géométrique 3D (dérive linéaire et fluctuation) pour déformer le bassin, par rapport à celles utilisant des facteurs d'échelle. Généralement, la modélisation géométrique du bassin atteint le même niveau de précision que pour les vertèbres, notamment pour la région anatomique supérieure du sacrum. (Résumé abrégé par UMI.)
