Nouvelles approches en imagerie quantitative non-invasive pour l'évaluation des maladies broncho-pulmonaires obstructives chroniques

Novel approach using non invasive quantitative imaging for the assessment of broncho-pulmonary obstructive diseases

• Auteur / Autrice : Gaël Dournes
• Direction : François Laurent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bioinformatique
• Date : Soutenance le 19/12/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-II (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche cardio-thoracique de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Bourdin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Berger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilbert Ferretti, Pierre-Yves Brillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Remodelage des voies aériennes

Imagerie par résonance magnétique

Asthme

Bronchopneumopathies obstructives

Mots clés libres

Remodelage bronchique

Scanner

IRM

Asthme

BPCO

Micovisidose

Analyse d’image

Airway remodeling, computed tomography

MRI

Asthma

COPD

Cystic fibrosis

Imaging analyses

Résumé

Le remodelage des voies aériennes est un phénomène mal connu, dont le rôle est central dans la sévérité des maladies broncho-pulmonaires obstructives chroniques telles que l’asthme et la broncho-pneumopathie obstructive chronique (BPCO). La recherche est nécessaire pour comprendre les mécanismes et les conséquences fonctionnelles, qui diffèrent dans ces deux maladies. L’imagerie a le potentiel de pouvoir évaluer de façon non-invasive, in vivo, les mécanismes mis en oeuvre dans ces maladies tandis que la recherche de marqueurs pertinents est une nécessité. Dans l’asthme, chez l’animal, nous avons évalué la densité péribronchique dans des modèles murins de sensibilisation allergique. Ce marqueur a été démontré comme étant un reflet du remodelage des voies aériennes et pourrait être utilisé dans des études précliniques. Chez l’homme, nous avons d’abord optimisé les performances d’un logiciel de segmentation 3D des volumes bronchiques, en termes d’automatisation, détection de bronches distales et squelettisation. Ce logiciel a été appliqué lors d’une étude thérapeutique en double aveugle versus placebo pour évaluer l’effet du gallopamil dans l’asthme sévère. Nos résultats montrent que le remodelage musculaire lisse est une composante clé du remodelage dans l’asthme, et que le TDM quantitatif permet d’évaluer les effets de molécules lors d’essais cliniques. Dans la BPCO, nous avons mis en évidence à l’aide de la TDM quantitative que le remodelage bronchique est impliqué dans une complication particulière qui n’est pas mise en oeuvre dans l’asthme, à savoir le développement d’une hypertension artérielle pulmonaire. D’autre part, nous avons montré que la mesure automatique des petits vaisseaux permet une analyse complémentaire et supporte l’hypothèse d’un phénotype distinct de BPCO associé à une maladie vasculaire. Enfin l’IRM pulmonaire reste un challenge pour l’imagerie du fait de la faible teneur en protons et des mouvements cardiaque et respiratoire. Nous avons testé et optimisé une nouvelle séquence permettant d’obtenir des imageries de qualité très proches de celles du TDM. Ces résultats ouvrent des perspectives sur l’imagerie non irradiante des maladies broncho-pulmonaires chroniques par IRM.

Airway remodeling is a critical outcome in broncho-pulmonary obstructive disorders such as asthma, COPD and cystic fibrosis. Research is needed in order to better understand the pathophysiological process underlying these different diseases, as well as their functional significance and consesquences in vivo. Imaging allows non-invasive and quantitative assessment of the remodeling process in vivo. In asthma, we have assessed the value of peribronchial density using microCT in murine models of ovalbumine sensitization. This novel biomarker was shown to relate with remodeling than inflammation of airways and could be used in preclinical studies. In humans, we first optimized an existing chain of post treatment in order to segment in 3 dimensions bronchi volumes in order to improve automation, detection and skeletonization. The software was applied in a prospective randomized double-blinded study in severe asthma, in order to test the effect of a new therapeutic anticalcic agent. Results showed that the software enables a non-invasive assessment of airway smooth muscle remodeling in severe asthma during therapeutic studies. In COPD, we have shown that quantitative CT is able to unravel new complex mechanisms that are involved in COPD but not in asthma, i.e. the development of pulmonary hypertension. CT measurements of small vessels were also shown to add complementary information on COPD phenotypes, supporting the existence of distinct subtypes of COPD related to a vascular rather than a broncho-pulmonary disease. Finally, lung MRI is still a challenging field of investigation, owing to the very low proton density of bronchi, the presence of movement artifact. We have tested and optimized an innovative sequence combined with respiratory synchronization in order to get images in close agreement with CT. Perspectives related to this novel non-invasive, quantitative and radiation-free imaging technique are promising in the evaluation of broncho-pulmonary obstructive diseases.