16 ème Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003 Détermination d’un modèle biomécanique du cerveau par l’analyse d’images : application à la maladie de Parkinson. O. Clatz† * , H. Delingette†, E. Bardinet†‡, D.Dormont‡ and N. Ayache† †:Projet de recherche Epidaure, INRIA Sophia Antipolis 2004 route des Lucioles, 06902 Sophia Antipolis, France ‡Neuroradiology Dept and LENA UPR 640-CNRS La Pitié-Salpêtrière hospital 91, 105 boulevard de l’Hôpital 75013 Paris, France * Contact : Olivier.Clatz@sophia.inria.fr Résumé : La chirurgie stéréotactique pour la maladie de Parkinson consiste à stimuler des noyaux profonds du cerveau. Bien que les coordonnées de la cible soient déterminées avec une grande précision sur les images par résonance magnétique (IRMs) pré-opératoires, la perte de liquide céphalo rachidien (LCR) pendant l’opération peut induire une déformation du cerveau et causer une erreur par rapport au planning pré-opératoire. Nous présentons dans cet article un modèle biomécanique du cerveau issu de l’analyse d’IRMs capable de simuler et donc de prédire de telles déformations. Ce modèle pourrait ainsi être utilisé pour mettre à jour le planning pré-opératoire et compenser les effets mécaniques dus à l’ouverture de la boite crânienne. Abstract : Stereotactic neurosurgery for Parkinson’s disease consists of stimulating deep nuclei of the brain. Although target coordinates are available with high accuracy on the pre-operative Magnetic Resonance Images (MRI), the leakage of cerebrospinal fluid (CSF) during the procedure may lead to a brain deformation and may cause localisation errors with respect to the surgical planning. In this paper, we propose a patient-specific biomechanical model of the brain able to recover its global deformation during this type of neurosurgical procedure. Such a model could be used to update the pre-operative planning and to predict the mechanical effects of the intra-operative brain shift. Mots-clefs : caractérisation, biomécanique, cerveau 1 Introduction Le planning pré-opératoire en neuro-chirurgie est réalisé à partir des nouvelles technologies d’acquisition d’images (IRMs, scanners ...). Cependant, l’opération chirurgicale réalisée à partir de ce planning se fonde souvent sur l’hypothèse que les structures anatomiques ne bougent pas pendant l’opération. En réalité, à la fois la position et la forme des structures peuvent évoluer pendant l’opération et diminuer la précision relative de l’information pré-opératoire. Plusieurs approches ont été proposées pour compenser ces déformations. La première consiste à utiliser de l’imagerie interventionnelle pendant l’opération (ultrasons , systèmes stéréo-vision [6], IRM à aimant ouvert [2]) pour mettre a jour le planning opératoire. La seconde tente de modéliser le comportement mécanique du cerveau pendant l’opération pour prédire et compenser les effets dus à l’ouverture de la boîte crânienne [4]. L’approche biomécanique que nous proposons utilise un modèle en éléments finis du cerveau, spécifique à un patient, et réalisé à partir de l’IRM pré-opératoire. Les conditions aux limites appliquées au modèle sont issues de l’analyse des déformations mesurées entre l’IRM pré- opératoire et l’IRM post-opératoire. 1