COLISEUM-3D : Une plate-forme innovante pour la segmentation d'images médicales par Raisonnement à Partir de Cas (RàPC) et méthodes d'apprentissage de type Deep Learning

par Florent Marie

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Jean-Christophe Lapayre et de Julien Henriet.

Soutenue le 19-12-2019

à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) (laboratoire) et de Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST (laboratoire) .

Le président du jury était Frédéric Auber.

Le jury était composé de Jean-Christophe Lapayre, Julien Henriet, Frédéric Auber, Jean Lieber, Jean-Philippe Thiran, Hugues Talbot.

Les rapporteurs étaient Jean Lieber, Jean-Philippe Thiran.


  • Résumé

    Le néphroblastome (ou tumeur de Wilms) touche le rein et est la tumeur cancéreuse abdominale infantile la plus fréquente. Lors de la thérapie, il est recommandé de préserver au mieux les fonctions rénales en sauvegardant le rein pathologique sous certaines conditions. L’information issue de l’imagerie est importante pour déterminer précisément ces conditions, mais nécessite une segmentation des images scanners. Cette tâche étant très chronophage, il est courant que cette information ne soit pas exploitée pleinement. L’Intelligence Artificielle (IA) représente une voie prometteuse pour l’automatisation des segmentations mais elle nécessite généralement une grande quantité de données d'apprentissage. En particulier, le Raisonnement à Partir de Cas (RàPC) est une approche IA orientée connaissance qui intègre une connaissance métier et une adaptation d’une solution existante pour optimiser la résolution d'un nouveau problème. Les réseaux de neurones convolutifs (CNNs) forment quant à eux une approche purement basée sur l'expérience. Nous proposons un système RàPC couplé à un algorithme de croissance de régions pour réaliser la segmentation de reins déformés par un néphroblastome. En parallèle, une méthode d’entraînement pour des CNNs, intitulée OV[exposant]2ASSION, est également proposée pour la segmentation de la tumeur. Les deux approches ont pour but de pallier un manque de données d’apprentissage (peu de segmentations de néphroblastomes et de reins pathologiques sont disponibles). Les évaluations montrent de bonnes performances avec le calcul des segmentations proches de celles faites par les radiologues et les chirurgiens.

  • Titre traduit

    COLISEUM-3D : An innovative platform for medical image segmentation by case-based reasoning (CBR) and learning methods of type Deep Learning


  • Résumé

    Nephroblastoma (or Wilms' tumor) affects the kidney and is the most common childhood abdominal cancer tumor. During therapy, it is recommended to preserve kidney function as well as possible by preserving the pathological kidney under certain conditions. The information from the imagery is important to validate them, but partly involves segmentation of the scan images. As this task is very time-consuming, it is common for this information not to be fully exploited. Artificial Intelligence (AI) represents a promising way to automate segmentations but generally requires a large amount of learning data. Among other things, Case-Based Reasoning (CBR) is a knowledge-based AI approach that integrates business knowledge and an adaptation of an existing solution to optimize the resolution of a new problem. Convolutional Neural Networks (CNNs) are a purely experiential approach. We propose a CBR system coupled with a region growing algorithm in order to segment kidneys deformed by nephroblastoma. In parallel, a training method for CNNs, called OV[exposant ]2ASSION, is also proposed for tumor segmentation. Both approaches aim to address a lack of learning data (few segmentations of nephroblastoma and pathological kidneys are available). The evaluations show good performance with the calculation of segmentations similar to those made by radiologists and surgeons.


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Informations

  • Sous le titre : COLISEUM-3D : Une plate-forme innovante pour la segmentation d'images médicales par Raisonnement à Partir de Cas (RàPC) et méthodes d'apprentissage de type Deep Learning
  • Détails : 1 vol. (186p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.172-179. Annexe
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