Modèles statistiques non linéaires pour l'analyse de formes : application à l'imagerie cérébrale

Non-linear statistical models for shape analysis : application to brain imaging

• Auteur / Autrice : Giorgos Sfikas
• Direction : Christian Heinrich, Christophoros Nikou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image et vision
• Date : Soutenance le 07/09/2012
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'image, de l'informatique et de la télédétection (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Charbonnier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Blanc, Jack Foucher, Aristidis Likas
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Philippe Ranjeva, Frédéric Richard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement d'images

Imagerie médicale

Diagnostic

Alzheimer, Maladie d'

Mots clés libres

Analyse statistique de formes

Apprentissage de variétés

Support vector data description

Différence discriminative

Maladie d'Alzheimer

Hippocampe

Statistical shape analysis

Manifold learning

Support vector data description

Discriminative difference

Alzheimer's disease

Hippocampus

Résumé

Cette thèse a pour objet l'analyse statistique de formes, dans le contexte de l'imagerie médicale.Dans le champ de l'imagerie médicale, l'analyse de formes est utilisée pour décrire la variabilité morphologique de divers organes et tissus. Nous nous focalisons dans cette thèse sur la construction d'un modèle génératif et discriminatif, compact et non-linéaire, adapté à la représentation de formes.Ce modèle est évalué dans le contexte de l'étude d'une population de patients atteints de la maladie d'Alzheimer et d'une population de sujets contrôles sains. Notre intérêt principal ici est l'utilisationdu modèle discriminatif pour découvrir les différences morphologiques les plus discriminatives entre une classe de formes donnée et des formes n'appartenant pas à cette classe. L'innovation théorique apportée par notre modèle réside en deux points principaux : premièrement, nous proposons un outil pour extraire la différence discriminative dans le cadre Support Vector Data Description (SVDD) ; deuxièmement, toutes les reconstructions générées sont anatomiquementcorrectes. Ce dernier point est dû au caractère non-linéaire et compact du modèle, lié à l'hypothèse que les données (les formes) se trouvent sur une variété non-linéaire de dimension faible. Une application de notre modèle à des données médicales réelles montre des résultats cohérents avec les connaissances médicales.

This thesis addresses statistical shape analysis, in the context of medical imaging. In the field of medical imaging, shape analysis is used to describe the morphological variability of various organs and tissues. Our focus in this thesis is on the construction of a generative and discriminative, compact and non-linear model, suitable to the representation of shapes. This model is evaluated in the context of the study of a population of Alzheimer's disease patients and a population of healthy controls. Our principal interest here is using the discriminative model to discover morphological differences that are the most characteristic and discriminate best between a given shape class and forms not belonging in that class. The theoretical innovation of our work lies in two principal points first, we propose a tool to extract discriminative difference in the context of the Support Vector Data description (SVDD) framework ; second, all generated reconstructions are anatomicallycorrect. This latter point is due to the non-linear and compact character of the model, related to the hypothesis that the data (the shapes) lie on a low-dimensional, non-linear manifold. The application of our model on real medical data shows results coherent with well-known findings in related research.