Simulations et essais cliniques virtuels pour l'évaluation de la valeur clinique de l'angio-tomosynthèse par rapport à l'angio-mammographie

Simulations and virtual clinical trials for the assessment of the added clinical value of angio-tomosynthesis over angio-mammography

• Auteur / Autrice : Ruben Sanchez de la Rosa
• Direction : Isabelle Bloch, Serge Müller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et des images
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau ; 1977-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Irène Buvat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hilde Bosmans
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Desvignes, David Sarrut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mammographie par tomosynthèse

Mots clés libres

Imagerie médicale

Modèles simulation

Essais cliniques virtuels

Angiotomosynthèse

Angiomammographie

Medical imaging

Simulation models

Virtual clinical trials

Angiotomosynthesis

Angiomammography

Résumé

Contrast Enhanced Spectral Mammography (CESM) and Contrast Enhanced Digital Breast Tomosynthesis (CEDBT) sont des techniques d'imagerie par rayons X à double énergie impliquant l'injection d'un agent de contraste vasculaire. Les deux techniques fournissent des informations sur l'hypervascularisation des lésions par l'absorption de contraste. CESM est une application d'imagerie récemment introduite offrant un meilleur diagnostic du cancer du sein que la mammographie de diagnostique. CEDBT est une technique prometteuse fournissant des informations en trois dimensions, ce qui peut atténuer les limites du CESM. Cependant, sa valeur clinique par rapport à l'examen actuel CESM n'est toujours pas bien comprise. Notre travail vise à évaluer les performance de chaque technique afin de détecter et de caractériser avec précision les différentes absorptions de contraste apparaissant lors des examens cliniques. Cependant, une telle évaluation nécessiterait une vaste base de données de données cliniques avec une représentation complète des divers captages de contraste insérés dans différents contextes hétérogènes, ainsi que la vérité sur le terrain de chaque cas. Au lieu de cela, la nouveauté de notre proposition réside dans l'évaluation des deux techniques à l'aide de données simulées réalistes. Premièrement, nous avons amélioré le réalisme d’un outil de simulation de rayons X analytique. Ensuite, nous avons proposé un nouveau modèle d’absorption de contraste en masse, liée aux lésions mammaires et d’absorption naturelle de contraste de l’anatomie du sein. Enfin, nous avons réalisé un essai clinique virtuel évaluant les performances de détectabilité et de caractérisation du CESM et de la CEDBT à l'aide des outils de simulation développés dans notre travail. Les résultats obtenus montrent que la CEDBT offre une certaine valeur ajoutée clinique par rapport au CESM. En tant que travail futur, les résultats cliniques attendus grâce à la plate-forme de simulation proposée doivent être comparés aux vraies évaluations cliniques lorsqu'un système réel sera disponible.

Contrast Enhanced Spectral Mammography (CESM) and Contrast Enhanced Digital Breast Tomosynthesis (CEDBT) are dual-energy X-ray imaging techniques involving the injection of a vascular contrast agent. Both techniques provide information on hypervascularization of lesions through contrast uptake. CESM is a recently introduced imaging application providing a better diagnosis of breast cancer than diagnostic mammography. CEDBT is a promising technique providing three-dimensional information, which may alleviate the limitations of CESM. However, its incremented clinical value, compared to the current CESM exam, is still not well understood. This work aims to assess the performance of each technique to detect and accurately characterize the different contrast uptakes appearing in clinical exams. However, such an evaluation would require a large database of clinical data with a complete representation of diverse contrast uptakes. Instead, the novelty of our proposal lies on the evaluation of both techniques using realistic simulated data. First, we improved the realism of an analytic X-ray simulation tool. Then, we proposed a new model for mass-like contrast uptakes related to breast lesions and natural contrast uptake of the breast anatomy. Finally, we performed a Virtual Clinical Trial evaluating the detectability and characterization performance of CESM and CEDBT using the simulations tools developed in our work. The results obtained show that CEDBT offers a certain added clinical value compared to CESM. As a future work, the clinical results anticipated thanks to the proposed simulation platform should be compared to true clinical evaluations when a real system will be available.