Les éléments du bassin osseux

Les éléments du bassin osseux

INTRODUCTION 

Les nouvelles techniques informatiques et multimédia ont fourni récemment de précieux outils pour l’étude des sciences morphologiques humaines. En effet, à côté des techniques classiques que constituent la dissection anatomique, les injections, ou l’étude des coupes anatomiques combinées avec des préparations ou des colorations spécifiques, l’utilisation de la réalité virtuelle a permis d’ouvrir de nouveaux champs d’investigation grâce à une modélisation 3D des structures anatomiques[1].

GENERALITES 

Ces progrès intéressent principalement trois grands domaines : – Anatomie clinique : C’est-à-dire les investigations des patients en imagerie médicale. C’est un domaine d’application quotidien pour les radiologues et nombre de cliniciens dans lequel la modélisation et la reconstruction 3D prennent une place grandissante, et ce d’autant plus que les investigations purement morphologiques se sont enrichies récemment par les explorations fonctionnelles type PET (tomographie à émission de positons), et IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) fonctionnelle. La reconstruction 3D permet dans ces cas de réaliser de plus une fusion ou « matching », c’està-dire une mise en correspondance point par point dans l’espace tridimensionnel de deux examens différents dont on fait superposer les volumes (Exemple le Pet-scan). Elle provient des données de l’imagerie médicale, aujourd’hui presque totalement numérique. La modélisation 3D par volume rendering (VRT) est un remarquable outil d’exploration des patients, souvent couplée à des investigations fonctionnelles, utilisée dans de nombreuses spécialités médicales et chirurgicales [2]. Cette modélisation est particulièrement intéressante en angiologie, et spécialement en phlébologie du fait de la complexité anatomique des réseaux veineux, à condition de compléter les informations topographiques de la modélisation 3D avec celles, hémodynamiques. L’étude de l’anatomie fœtale est un autre domaine d’application prometteur de la reconstruction 3D, pour détecter des anomalies morphologiques, en particulier au niveau du cœur. Cette modélisation permet de quantifier des distances et des volumes. Elle utilise principalement l’échographie 3D, mais aussi l’IRM. D’une manière générale en pratique clinique, la quantification des distances et des volumes en 3D avec des protocoles et des indices standardisés sera fort utile pour la prise de décision et le suivi thérapeutique dans un bon nombre de pathologies, en particulier dans le domaine de la carcinologie.

INTRODUCTION ET GENERALITES

De même en obstétrique où la détermination d’indices et de scores d’évaluation 3D peuvent permettre de prédire le risque d’anomalies ou de dystocie (pelvimétrie, craniométrie) [3]. La validation de ces mesures sur les systèmes d’acquisition radiologiques nécessite de plus une vérification métrologie précise [4, 5].

– Enseignement de l’anatomie : L’interactivité associée au réalisme des reconstructions 3D et à la possibilité de vision en relief en font un outil pédagogique très intéressant, attractif et évolutif. La modélisation permet aussi de réaliser des simulations de systèmes anatomiques avec toutes les applications pédagogiques possibles de la réalité virtuelle. Ces méthodes nouvelles constituent un excellent complément à l’enseignement classique de l’anatomie et à la dissection qui gardent leur place [6]. La visualisation 3D des structures anatomiques et l’étude de leurs rapports, sont grandement facilitées par l’utilisation des nouvelles techniques informatiques permettant d’accéder à la réalité virtuelle. Ce qui constitue un outil pédagogique pour une meilleure compréhension de l’anatomie [7, 8, 9, 10]. 1. Fonctions de manipulation : Quelles sont les différentes fonctions de manipulation d’un modèle 3D ?

– Rotation autour de l’axe vertical (ou d’axes obliques) de manière à tourner autour de l’objet pour visualiser toutes ses faces, et sous tous les angles. – Zoom pour se rapprocher ou s’éloigner de l’objet afin de mieux explorer les détails anatomiques. – Modification possible de la transparence des différents tissus, ce qui permet de visualiser les structures profondes, en particulier osseuses, masquées par les plans les plus superficiels que constituent les muscles et les téguments. – Segmentation colorée des différents tissus ou organes et application de bio textures ce qui permet une meilleure identification et une bonne lisibilité des différentes structures anatomiques, que l’on peut afficher ensemble ou séparément. L’interactivité du modèle informatique est fondamentale pour assumer ces différentes fonctions, car elle permet d’afficher sur un écran plat un objet 3D. D’autres techniques d’affichage du modèle 3D sont disponibles, en particulier celles qui sont intégrées dans le logiciel QTVR d’Apple TM (QuickTime Virtuelle Réalité).

Les différentes sources

Quelles sont les différentes sources qui permettent de construire ces modèles ? – Les patients vivants en utilisant les données numériques des coupes fournis par les examens scanner, IRM ou échographiques (avec ou sans injection de contraste). – Les sujets anatomiques en utilisant de même les données radiologiques numériques sur des cadavres frais injectés préparés en fonction de la technique de numérisation (scanner hélicoïdal, IRM…). – Les coupes anatomiques ou histologiques (coupes de tissus isolés, d’organes ou d’embryons) en construisant les modèles par segmentation manuelle à l’aide de logiciels de contourage spécifiques tels que Surfdriver. – Enfin on peut construire directement des modèles anatomiques 3D vectoriels à l’aide de programmes appelés pourvu de fonctions spécifiques. Ce sont des logiciels de production d’image 3D de synthèse, permettant la visualisation, la modélisation et l’animation d’objets tridimensionnels [11, 12, 13]. Les possibilités éducatives des modèles 3D sont encore enrichies par les techniques multimédias de diffusion de l’information et par l’accès à des serveurs internet utilisant l’interactivité grâce à des < browsers 3D > avec des formats de type VRML (Virtual Reality Modeling Language), XML (Extensible Markup Language) ou XMI Metadata Interchange . Ce sont des langages de modélisation de la réalité virtuelle (Virtual Reality Modeling Language), permettant de transmettre et de visualiser des objets 3D sur internet. Leur intérêt est de pouvoir fonctionner avec n’importe quelle plate-forme informatique [14, 15]. Les atlas interactifs sur Cd-rom constituent également un support pédagogique remarquable. Ils permettent d’avoir accès très rapidement à de très gros volume de données. En anatomie, ils utilisent volontiers le couplage sur un même écran entre un modèle 3D et les séries de coupes anatomiques ou scannographiques qui lui correspondent. – Recherche en morphologie : La reconstruction 3D vectorielle permet en effet une analyse quantitative dans l’espace tridimensionnel des données anatomiques, c’est-à-dire des études morpho métriques précises des organes et des structures anatomiques, aussi bien chez l’adulte que chez l’embryon [16]. Contrairement à la modélisation volumique (VRT), qui utilise la totalité des données du volume d’acquisition, on utilise plus volontiers pour la recherche une modélisation vectorielle où les structures anatomiques sont décrites par leur enveloppe surfacique et représentées par des nuages de points réunis par un maillage 3D et modélisées sous la forme de nœuds et de vecteurs 3D [17, 18, 19] . La modélisation 3D vectorielle permet de réaliser des études morphologiques, morphométriques et dynamiques quantifiées.

Études morphologiques

Grâce à la modélisation par éléments finis, on peut réaliser une modélisation mathématique de la forme des organes [20, 21, 22]. Cette modélisation peut intégrer non seulement la morphologie des structures, mais aussi d’autres paramètres de type fonctionnel (consistance, résistance aux contraintes).

Études morphométriques: En effet, la mesure des distances, des surfaces et volumes et de la géométrie des différentes structures est possible, ouvrant la voie à la bio morphologie quantitative [23, 24]. 3. Modélisation dynamique : Autre domaine d’application intéressant, la modélisation dynamique pour simuler et quantifier l’évolution de la géométrie (forme et volume) des os du carpe au cours du développement embryonnaire [25, 26, 27]. Ce type d’approche quantitative nous paraît indispensable pour comprendre la maturation carpienne de l’embryon PROBLÉMATIQUE.

PROBLÉMATIQUE 

Si les nouvelles techniques d’imagerie médicale offrent des données de plus en plus riches et diverses, ces données ne sont pour autant pas toujours précises. Ceci s’explique par la difficulté même à pouvoir isoler les structures anatomiques dignes d’intérêt lors de la capture de ces images. Parallèlement, ces images, nécessitant souvent un traitement manuel, sont de plus en plus fréquemment utilisées, aussi bien par les professeurs pour illustrer leurs cours d’anatomie, que par les cliniciens eux-mêmes pour établir des diagnostics médicaux ou préparer une intervention. Un système permettant à la fois de segmenter ces images IRM pour en dégager les structures principales, de visualiser la structure anatomique associée, puis de pouvoir rectifier manuellement les données si nécessaire tout en visualisant les modifications sur la surface, serait ainsi propice à une utilisation plus interactive de ces données [28]. Or, à l’heure actuelle, nous n’avons pas connaissance de l’existence d’un tel outil. L’objectif est donc de concevoir un tel outil, sans pour autant le restreindre à l’utilisation d’images IRM. Pour ce faire, nous allons étendre notre méthode de reconstruction dans un plan, à la reconstruction d’une surface à partir de régions définies dans un ensemble de plans parallèles. Notons que ces plans peuvent aussi bien contenir des images IRM, qu’être initialement vides. Dans ce dernier cas, l’on pourra dessiner à loisir dans chacun d’entre eux afin de modéliser des surfaces de tout genre, organiques ou non [29]. D’un point de vue mécanique, les organes pelviens ont des géométries complexes avec des comportements très spécifiques. Ils peuvent être considérés comme des structures biomécaniques en interaction mutuelle soumises à des forces de pression dans un espace (cavité pelvienne). L’objectif principal de ce travail concerne ainsi la modélisation numérique et l’élaboration d’un modèle du pelvis de la femme algérienne qui servira de support pédagogique dans l’enseignement de l’anatomie. La modélisation géométrique 3D de structures anatomiques est une étape essentielle dans le développement d’outils de simulation numérique dédiés pour l’étude de l’évolution ou pour la planification de traitement de pathologies complexes. Ce travail a pour but de présenter la structure de la cavité pelvienne, c’est à dire la localisation des principaux organes ciblés dans ce travail (vessie, utérus, vagin et rectum) et la nature des liaisons biomécaniques. La compréhension des concepts anatomiques et médicaux est un préalable nécessaire en vue de la mise en œuvre de simulations numériques cohérentes avec la réalité.

Table des matières

Introduction 
II. Généralités 
– En anatomie clinique
– Dans l’enseignement de l’anatomie
– Dans la recherche en morphologie
1. Études morphologiques
2. Études morphométriques
3. Modélisation dynamique
III. Problématique 
IV. Méthodologie de la modélisation 3d
A. Reconstruction 3D à l’aide du logiciel Winsurf
B. Traitement des images
C. Génération de document 3D PDF
V. Objectifs 
VI. Informations actuelles sur le sujet 
VII. Anatomie de la cavité pelvienne 
A. Le bassin osseux
A.1. Les éléments du bassin osseux
1). L’os coxal
2). Le sacrum
3). Les articulations du bassin
A.2. Le détroit supérieur :
1). Les limites du détroit supérieur
2). La forme du détroit supérieur
3). Les principaux diamètres
4). Les différentes formes du détroit supérieur
a). Le bassin platypoide
b). Le bassin anthropoïde
c). Le bassin androïde
5). Le plan du détroit supérieur
A.3. Excavation pelvienne
a). La forme de l’excavation pelvienne
b). Les limites
A.4. Le détroit inférieur
1). La forme du détroit inférieur
2). Les diamètres du détroit inférieur
3). L’ogive pubienne
A.5. Les mouvements du bassin
1). La nutation
2). La contre nutation
3). L’antéversion du bassin
4). La rétroversion du bassin
5). La rotation latérale et médiale des fémurs
6). La rétropulsion du coccyx
B. La vessie
1. Définition
2. Développement de la vessie et de l’urètre
2.1. L’évolution du cloaque
2.2- L’évolution du sinus uro-génital définitif
3. Situation
4. Morphologie externe
5. Morphologie interne
6. Structure de la vessie
7. Fixité de la vessie
8. Vascularisation et innervation de la vessie
a). Vascularisation artérielle
b). Drainage veineux
c). Les lymphatiques de la vessie
d). Innervation
9. Rapports de la vessie
C. Utérus
1. Introduction
2. Embryologie :
3. Anatomie descriptive
a). Situation
b). La forme
b.1. Le corps utérin
b.2. L’isthme de l’utérus
b.3. Le col utérin
c). Les dimensions moyennes de l’utérus
d). La configuration interne
e). La structure de l’utérus
f). Les rapports
f.1). Les rapports avec le péritoine et les ligaments
f.2). Les rapports avec les organes
g). La vascularisation et l’innervation de l’utérus
D. Le rectum et le canal anal
1. Embryologie du rectum
2. Anatomie du rectum et du canal anal
a). La morphologie externe
b). La morphologie interne
3. Les rapports du rectum et du canal anal
4. Vascularisation
a). Vascularisation artérielle
b). Drainage veineux
c). Les lympho-nœuds
5. Innervation
6. Anatomie de l’appareil sphinctérien
a). Le sphincter anal externe
b). Les muscles releveurs de l’anus
c). Le sphincter anal interne
7. La radio-anatomie du rectum et du canal anal
I. Protocole d’étude 
II. Matériel et méthodes 
A. Matériels
1. Logiciel OsiriX
a- Commencer avec Osirix
b- Télécharger Osirix
c- Installer Osirix
d- Lancer Osirix
e- Importer un fichier DICOM
f- Ouvrir la série
g- Dessiner une courbe
h- Faire défiler les coupes transverses
i- Importer des images DICOM dans Osirix
Par le réseau
Par système de fichier local
j- Modifier les fenêtres d’Osirix
k- Ouvrir plusieurs séries simultanément
2. Logiciel surfdriver : Winsurf
3. Ordinateurs différents
4. Écran television 50 pouces
III. Méthode de reconstruction en 3 dimensions
– Méthode de modélisation
IV. Résultats
– La visualisation interactive en 3d des structures reconstruites
V. Discussion 
A. Limites et avantages de la méthode utilisée
B. Intérêts et limites des logiciels utilisés
1- le logiciel winsurf
2- le logiciel acrobate
C. Problèmes rencontrés lors de la reconstruction des objets
1- structures osseuses
2- structures musculaires
3- structures vasculaires
4- structures viscérales
D. Avantages et limites
VI. Perspectives d’avenir et recommandations 
VII. Conclusion

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