Système d'évaluation de maladies bronchiques obstructives à partir d'images CT haute résolution

• Auteur / Autrice : Benjamin Odry
• Direction : Jean-François Lerallut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique et génie biomédical
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie pour le diagnostic

Scanographes

Automatisation

Évaluation

Bronchopathies

Mots clés libres

Analyse quantitative de bronches

Extraction d'arbre bronchique

Système de score pour mucoviscidose

Résumé

Avec l'apparition des scanners CT multi-barrettes, la banalisation de données haute résolution quasi isotropiques rend possible l'évaluation de maladies bronchiques obstructives quelle que soit leur orientation dans les poumons. Les coupes fines des scanners CT permettent de définir les changements bronchiques pathologiques de façon plus précise et plus cliniquement exacte, facilitant ainsi la surveillance de l'ampleur et de la sévérité de la maladie. Des systèmes d'évaluation des pathologies bronchiques se sont donc développés à partir des images CT. Ils assignent un score qui reflète l'état général des patients, et qui est basé sur la présence d'anomalies des bronches telles que l'épaississement de leurs parois, la dilatation de leur lumière ou encore la présence de poches de mucus etc. L'évaluation clinique est cependant limitée à l'appréciation visuelle subjective du radiologue et l'avantage que présente la haute résolution des images s'avère obsolète sans automatisation. Cette thèse a ainsi pour objectif principal de développer des algorithmes rapides et fiables pour localiser et évaluer de façon automatique l'ampleur et la sévérité d'anomalies bronchiques et, de ce fait, fournir une aide déterminante au diagnostic. Notre approche s'articule en plusieurs parties : l'extraction de l'arbre bronchique, l'analyse quantitative des bronches et la définition de paramètres pour le calcul du score bronchique. Ces étapes ont été testées et validées sur des données-phantomes mais aussi sur des images issues de patients humains. Ces analyses quantitatives des bronches ont aussi été comparées aux mesures manuelles d'opérateurs indépendants afin de valider leur précision et démontrer leur utilité clinique. Enfin, les scores bronchiques calculés de façon automatique ont été comparés aux scores manuels obtenus par les radiologues indépendants. L'ensemble des outils définis dans cette thèse ont été regroupés dans un prototype clinique servant à évaluer l'ampleur et la sévérité des maladies bronchiques obstructives.

With the apparition of thin-section computed tomography (CT), the availability of high-resolution near isotropic data made possible the evaluation of obstructive airway diseases along any orientation throughout the data. Thin-sections CT allow for a more specific and clinically relevant definition of the bronchial pathological changes, permitting an easier monitoring of disease extent and severity. Consequently, CT scoring systems were soon established for global assessment of airway diseases, with a global score assigned from patients' thin section CT images, and based on the presence of airway abnormalities such as peribronchial thickening, bronchiectasis, mucus foci etc. However, the clinical evaluation of airways is typically limited to radiologist's subjective visual inspection only: systematic evaluation of the airways to take advantage of high-resolution data has not proved practical without automation. The main goal of this thesis resides in developing fast and reliable algorithms to automatically locate and assess the severity and extent of airway abnormalities and, therefore, provide a significant aid to diagnosis. This involves steps such as bronchial tree extraction, airway quantitative analyses and definition of parameters for airway scoring. These approaches were tested and validated on phantom data as well as a wide variety of human airway data. Airway quantitative analyses were furthermore verified against manual measurements from independent operators to validate their accuracy and demonstrate their clinical usefulness. Lastly, global airway scores, computed from local airway observations, are compared to those of radiologists. The set of tools developed in this thesis are regrouped to provide a clinically useful application that evaluates se verity and extent of obstructive airway diseases.