The use of artificial intelligence algorithms to guide surgical treatment of adolescent idiopathic scoliosis

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est une déformation tri-dimensionelle du rachis. Son traitement comprend l’observation, l’utilisation de corsets pour limiter sa progression ou la chirurgie pour corriger la déformation squelettique et cesser sa progression. Le traitement chirurgical reste controversé au niveau des indications, mais aussi de la chirurgie à entreprendre. Malgré la présence de classifications pour guider le traitement de la SIA, une variabilité dans la stratégie opératoire intra et inter-observateur a été décrite dans la littérature. Cette variabilité s’accentue d’autant plus avec l’évolution des techniques chirurgicales et de l’instrumentation disponible. L’avancement de la technologie et son intégration dans le milieu médical a mené à l’utilisation d’algorithmes d’intelligence artificielle informatiques pour aider la classification et l’évaluation tridimensionnelle de la scoliose. Certains algorithmes ont démontré être efficace pour diminuer la variabilité dans la classification de la scoliose et pour guider le traitement. L’objectif général de cette thèse est de développer une application utilisant des outils d’intelligence artificielle pour intégrer les données d’un nouveau patient et les évidences disponibles dans la littérature pour guider le traitement chirurgical de la SIA. Pour cela une revue de la littérature sur les applications existantes dans l’évaluation de la SIA fut entreprise pour rassembler les éléments qui permettraient la mise en place d’une application efficace et acceptée dans le milieu clinique. Cette revue de la littérature nous a permis de réaliser que l’existence de “black box” dans les applications développées est une limitation pour l’intégration clinique ou la justification basée sur les évidence est essentielle. Dans une première étude nous avons développé un arbre décisionnel de classification de la scoliose idiopathique basé sur la classification de Lenke qui est la plus communément utilisée de nos jours mais a été critiquée pour sa complexité et la variabilité inter et intra-observateur. Cet arbre décisionnel a démontré qu’il permet d’augmenter la précision de classification proportionnellement au temps passé à classifier et ce indépendamment du niveau de connaissance sur la SIA. Dans une deuxième étude, un algorithme de stratégies chirurgicales basé sur des règles extraites de la littérature a été développé pour guider les chirurgiens dans la sélection de l’approche et les niveaux de fusion pour la SIA. Lorsque cet algorithme est appliqué à une large base de donnée de 1556 cas de SIA, il est capable de proposer une stratégie opératoire similaire à celle d’un chirurgien expert dans prêt de 70% des cas. Cette étude a confirmé la possibilité d’extraire des stratégies opératoires valides à l’aide d’un arbre décisionnel utilisant des règles extraites de la littérature. Dans une troisième étude, la classification de 1776 patients avec la SIA à l’aide d’une carte de Kohonen, un type de réseaux de neurone a permis de démontrer qu’il existe des scoliose typiques (scoliose à courbes uniques ou double thoracique) pour lesquelles la variabilité dans le traitement chirurgical varie peu des recommandations par la classification de Lenke tandis que les scolioses a courbes multiples ou tangentielles à deux groupes de courbes typiques étaient celles avec le plus de variation dans la stratégie opératoire. Finalement, une plateforme logicielle a été développée intégrant chacune des études ci-dessus. Cette interface logicielle permet l’entrée de données radiologiques pour un patient scoliotique, classifie la SIA à l’aide de l’arbre décisionnel de classification et suggère une approche chirurgicale basée sur l’arbre décisionnel de stratégies opératoires. Une analyse de la correction post-opératoire obtenue démontre une tendance, bien que non-statistiquement significative, à une meilleure balance chez les patients opérés suivant la stratégie recommandée par la plateforme logicielle que ceux aillant un traitement différent. Les études exposées dans cette thèse soulignent que l’utilisation d’algorithmes d’intelligence artificielle dans la classification et l’élaboration de stratégies opératoires de la SIA peuvent être intégrées dans une plateforme logicielle et pourraient assister les chirurgiens dans leur planification préopératoire.

Patient-specific anisotropic model of human trunk based on MR data

There are many ways to generate geometrical models for numerical simulation, and most of them start with a segmentation step to extract the boundaries of the regions of interest. This paper presents an algorithm to generate a patient-specific three-dimensional geometric model, based on a tetrahedral mesh, without an initial extraction of contours from the volumetric data. Using the information directly available in the data, such as gray levels, we built a metric to drive a mesh adaptation process. The metric is used to specify the size and orientation of the tetrahedral elements everywhere in the mesh. Our method, which produces anisotropic meshes, gives good results with synthetic and real MRI data. The resulting model quality has been evaluated qualitatively and quantitatively by comparing it with an analytical solution and with a segmentation made by an expert. Results show that our method gives, in 90% of the cases, as good or better meshes as a similar isotropic method, based on the accuracy of the volume reconstruction for a given mesh size. Moreover, a comparison of the Hausdorff distances between adapted meshes of both methods and ground-truth volumes shows that our method decreases reconstruction errors faster. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.

Impact de la collaboration entre médecins et infirmières sur la communication entre professionnels/patient et famille

Problématique : La collaboration entre infirmières et médecins est un élément crucial lorsque la condition des patients est instable. Une bonne collaboration entre les professionnels permet d’améliorer la qualité des soins par l’identification des patients à risques et l’élaboration de priorités dans le but de travailler à un objectif commun. Selon la vision des patients et de leur famille, une bonne communication avec les professionnels de la santé est l’un des premiers critères d’évaluation de la qualité des soins. Objectif : Cette recherche qualitative a pour objectif la compréhension des mécanismes de collaboration interprofessionnelle entre médecins et infirmières aux soins intensifs. L’étude tente également de comprendre l’influence de cette collaboration sur la communication entre professionnels/ patients et famille lors d’un épisode de soins. Méthode : La collecte de données est réalisée par le biais de 18 entrevues, qui ont été enregistrées puis retranscrites. Parmi les entrevues effectuées deux gestionnaires, six médecins et infirmières, et enfin dix patients et proches ont été rencontrés. Ces entrevues ont été codifiées puis analysées à l’aide du modèle de collaboration interprofessionnelle de D’Amour (1997), afin de déterminer les tendances de collaboration. Pour terminer, l’impact des différentes dimensions de la collaboration sur la communication entre les professionnels/ patient et famille a été analysé. Résultats : Médecins et infirmières doivent travailler conjointement tant avec les autres professionnels, que les patients et leur famille afin de développer une relation de confiance et une communication efficace dans le but d’établir des objectifs communs. Les patients et les familles désirent rencontrer des professionnels ouverts qui possèdent des talents de communicateur ainsi que des qualités interpersonnelles. Les professionnels doivent faire preuve de transparence, prendre le temps de donner des explications vulgarisées, et proposer aux patients et aux familles de poser leurs questions.

Les modifications de la relation médecin/patient au contact de la télématique médicale: quelques réflexions à battons rompus

La relation entre un médecin et son patient a grandement évolué. Aujourd’hui le médecin, loin de jouer le rôle paternaliste d’autrefois, se voit obligé d’établir un dialogue avec son patient. Des informations sont transmises de l’un à l’autre et de l’autre à l’un, le tout dans une optique de cogestion de la santé du patient. D’un côté le patient doit fournir au médecin les informations suffisantes pour que celui-ci établisse un diagnostic. D’un autre côté le médecin doit informer le patient de son état de santé et des mesures qu’il compte prendre. Dans la foulée du développement des nouvelles technologies, les modes de transmission de telles informations présentent de nouvelles problématiques. L’auteur propose ici une étude de la relation patient/médecin lorsqu’il s’agit de la transmission de données relatives à l’état de santé par Internet ou un réseau privé et du rôle de chacune des parties dans ce réseau en regard de la Directive 95/46/CE. Il ressort de cette étude que le médecin se voit imposer certaines responsabilités à titre de responsable du traitement, notamment en ce qui concerne le traitement des données personnelles de son patient. Ce dernier, en tant que personne concernée au sens de la Directive, se voit donc octroyer des droits fondamentaux en matière de confidentialité. De plus il détermine, en collaboration avec le médecin, les finalités du traitement de ces données personnelles.

La sous-traitance des données du patient au regard de la Directive 95/46

La gestion des données du patient occupe une place significative dans la pratique de l’art de guérir. Il arrive fréquemment que des personnes participent à la production ou à la gestion des données du patient alors que, praticiens de la santé ou non, elles ne travaillent pas sous l’autorité ou la direction du praticien ou de l’équipe en charge du patient. Au regard de la directive 95/46/CE relative à la protection des personnes physiques à l’égard du traitement des données à caractère personnel, ces tiers revêtent la qualité de sous–traitant lorsqu’ils traitent des données pour compte du responsable du traitement de données. Ce dernier doit choisir un sous–traitant qui apporte des garanties suffisantes au regard des mesures de sécurité technique et d’organisation relatives aux traitements à effectuer, et il doit veiller au respect de ces mesures. L’existence de labels de sécurité pourrait faciliter le choix du sous–traitant. S’agissant de données très sensibles comme les données génétiques, il serait opportun d’envisager un contrôle préalable par l’autorité de contrôle ou par un détaché à la protection des données. Il demeure alors à déterminer le véritable responsable du traitement des données du patient, ce qui dépend fortement du poids socialement reconnu et attribué aux différents acteurs de la relation thérapeutique.

Patient-specific model of a scoliotic torso for surgical planning

A method for the construction of a patient-specific model of a scoliotic torso for surgical planning via inter- patient registration is presented. Magnetic Resonance Images (MRI) of a generic model are registered to surface topography (TP) and X-ray data of a test patient. A partial model is first obtained via thin-plate spline registration between TP and X-ray data of the test patient. The MRIs from the generic model are then fit into the test patient using articulated model registration between the vertebrae of the generic model’s MRIs in prone position and the test patient’s X-rays in standing position. A non-rigid deformation of the soft tissues is performed using a modified thin-plate spline constrained to maintain bone rigidity and to fit in the space between the vertebrae and the surface of the torso. Results show average Dice values of 0.975 ± 0.012 between the MRIs following inter-patient registration and the surface topography of the test patient, which is comparable to the average value of 0.976 ± 0.009 previously obtained following intra-patient registration. The results also show a significant improvement compared to rigid inter-patient registration. Future work includes validating the method on a larger cohort of patients and incorporating soft tissue stiffness constraints. The method developed can be used to obtain a geometric model of a patient including bone structures, soft tissues and the surface of the torso which can be incorporated in a surgical simulator in order to better predict the outcome of scoliosis surgery, even if MRI data cannot be acquired for the patient.

Articulated Model Registration of MRI/X-Ray Spine Data

This paper presents a method based on articulated models for the registration of spine data extracted from multimodal medical images of patients with scoliosis. With the ultimate aim being the development of a complete geometrical model of the torso of a scoliotic patient, this work presents a method for the registration of vertebral column data using 3D magnetic resonance images (MRI) acquired in prone position and X-ray data acquired in standing position for five patients with scoliosis. The 3D shape of the vertebrae is estimated from both image modalities for each patient, and an articulated model is used in order to calculate intervertebral transformations required in order to align the vertebrae between both postures. Euclidean distances between anatomical landmarks are calculated in order to assess multimodal registration error. Results show a decrease in the Euclidean distance using the proposed method compared to rigid registration and more physically realistic vertebrae deformations compared to thin-plate-spline (TPS) registration thus improving alignment.

Does immediate loading affect clinical and patient-centered outcomes of mandibular 2-unsplinted-implant overdenture? : a 2-year within-case analysis

Objective To provide 2-year clinical- and patient-oriented data with regard to mandibular overdenture assisted by 2 immediately loaded unsplinted implants. Material and methods In this pre-post design, Phase-I clinical trial, 18 edentate individuals (62.4 ± 7.7 years) received a new set of complete denture. Then, following standard procedures, 3 threaded implants (OsseoSpeed TX™, Dentsply Implants, Mölndal, Sweden) were placed in the mandible in each patient, and locator abutments (Zest Anchors LLC, Escondido, U.S.A.) were inserted on the right and left side implants. The midline implant served as a control for within-patient comparison. The immediate loading was conducted within 24 h of surgery. Data were collected at baseline (T0), 12 (T1) and 24 (T2) months after immediate loading. The clinical outcomes included implant survival rate, crestal bone level changes and implant stability. These criteria were assessed through clinical and radiographic examinations as well as resonance frequency analysis. Patient-centered outcomes included patient satisfaction and oral health-related quality of life measured using validated questionnaires. Brunner-Langer approach was used for statistical analysis. Results Implant survival rate for immediate loaded implants was 91.7% at 2-year follow-up. None of the unloaded implants failed. There was no statistically significant difference at baseline and follow-ups with regard to clinical outcomes between loaded and unloaded implants. Patient satisfaction and quality of life improved (p < 0.0001) from baseline to 2-year follow-up. Conclusion Immediate loading protocol did not negatively affect clinical outcomes, satisfaction and quality of life of patients wearing 2-unsplinted-implant mandibular overdenture for 2 years. This conclusion requires confirmation by randomized control trials. Clinical significance statement Mandibular overdenture assisted by two immediately-loaded unsplinted implants is successful treatment based on 2-year clinical and patient-based outcomes.