Caractérisation de tissus cutanés superficiels hypertrophiques par spectroscopie multimodalité in vivo : instrumentation, extraction et classification de données multidimensionnelle

Characterization of hypertrophic scar tissues by multimodal spectroscopy in vivo : Instrumentation, Extraction and Classification of multidimensional datas

• Auteur / Autrice : Honghui Liu
• Direction : Walter Blondel, François Guillemin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, traitement du signal et images, génie informatique
• Date : Soutenance le 18/04/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Geneviève Bourg-Heckly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Marzani, Anne Humeau-Heurtier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie

Cicatrices

Tissu de granulation

Mots clés libres

Spectroscopie multimodalités

Instrumentation

Cicatrice hypertrophique

Modèle préclinique

Extraction

Sélection

Classification supervisée

Multimodal spectroscopy

Instrumentation

Hypertrophic scar

Preclinical model

Feature extraction

Sélection

Supervised classification

Résumé

L'objectif de ce travail de recherche est le développement, la mise au point et la validation d'une méthode de spectroscopie multi-modalités en diffusion élastique et autofluorescence pour caractériser des tissus cutanés cicatriciels hypertrophiques in vivo. Ces travaux sont reposés sur trois axes. La première partie des travaux présente l'instrumentation : développement d'un système spectroscopique qui permet de réaliser des mesures de multimodalités in vivo de manière automatique et efficace. Des procédures métrologiques sont mise en place pour caractériser le système développé et assurer la repétabilité les résultats de mesure. La deuxième partie présente une étude préclinique. Un modèle animal et un protocole expérimental ont été mises en place pour créer des cicatrices hypertrophiques sur lesquelles nous pouvons recueillir des spectres à analyser. La troisième partie porte sur la classification des spectres obtenus. Elle propose des méthodes algorithmiques pour débruiter et corriger les spectres mesurés, pour extraire automatiquement des caractéristiques spectrales interprétables et pour sélectionner un sous-ensemble de caractéristiques "optimales" en vue d'une classification efficace. Les résultats de classification réalisée respectivement par trois méthodes (k-ppv, ADL et RNA) montrent que la faisabilité d'utiliser la spectroscopie bimodale pour la caractérisation de ce type de lésion cutané. Par ailleurs, les caractéristiques sélectionnées par notre méthode montrent que la cicatrisation hypertrophique implique un changement de structure tissulaire et une variation de concentration de porphyrine

This research activity aims at developing and validating a multimodal system combining diffuse reflectance spectroscopy and autofluorescence spectroscopy in characterizing hypertrophic scar tissues in vivo. The work relies on three axes. The first part concerns the development of an automatic system which is suitable for multimodal spectroscopic measurement. A series of calibration procedures are carried out for ensuring the reliability of the measurement result. The second part presents a preclinical study on an animal model (rabbit ear). An experimental protocol was implemented in order to create hypertrophic scars on which we can collect spectra to analyze. The third part deals with the classification problem on the spectra obtained. It provides a series of algorithmic methods for denoising and correcting the measured spectra, for automatically extracting some interpretable spectral features and for selecting an optimal subset for classification. The classification results arched using respectively 3 different classifiers (knn, LDA and ANN) show the ability of bimodal spectroscopy in characterization of the topic skin lesion. Furthermore, the features selected my selection method indicate that the hypertrophic scarring may involve a change in tissue structure and in the concentration of porphyrins embedded in the epidermis