Apprentissage profond et imagerie médicale chez les patients sourds

Machine learning and medical imaging in deaf patients.

• Auteur / Autrice : Raphaële Quatre
• Direction : Sébastien Schmerber
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : MBS - Modèles, méthodes et algorithmes en biologie, santé et environnement
• Date : Inscription en doctorat le 16/11/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Braintech Inserm U1205

Mots clés

Mots clés libres

Irm

Surdité

Implant cochléaire

Tractographie

Génétique

Hearing impairment

Mri

Cochlear implant

Tractography

Genetic

Résumé

Introduction La surdité concerne 10 % de la population Française. L'appareillage auditif est proposé dans un premier temps mais dès lors qu'un patient présente une limitation de sa compréhension avec ses appareils un implant cochléaire peut être proposé. Les implants cochléaires sont indiqués en France en cas de surdités neurosensorielles sévères à profondes bilatérales avec un seuil audiométrique inférieur ou égale à 50 % de discrimination vocale dans le silence en liste de Fournier (ou équivalent) à 60 dB, en champ libre, avec des prothèses auditives bien adaptées. Les résultats de l'implant cochléaire sont en faveur d'un bénéfice dans la compréhension de la parole par rapport à une prothèse auditive en cas de surdité sévère à profonde cependant il existe une forte disparité des performances auditives après implantation cochléaire d'un patient à l'autre que ce soit dans le silence ou dans le bruit. Les 4 facteurs principaux semblent être la durée de la surdité, l'âge d'apparition de la surdité son étiologie et la durée de l'expérience du patient à l'implant. Il est supposé que les performances de l'implantation cochléaire sont fortement liées aux capacités du traitement auditif de la personne et à l'intégrité du système nerveux central depuis le nerf auditif jusqu'au cortex. Justification de l'étude A l'heure actuelle il est très difficile de prédire avant la pose d'un implant cochléaire quels seront les résultats obtenus avec l'implant cochléaire chez des patients sourds en indication d'implant cochléaire. Les résultats restent variables d'un patient à l'autre et l'étiologie ainsi que l'état des voies auditives centrales ne sont pas prises en compte dans l'indication d'implantation cochléaire. Objectif L'objectif principal de notre étude est de mettre en évidence des facteurs prédictifs de la réhabilitation auditive après implantation cochléaire chez des adultes sourds sévères à profonds par l'étude de la tractographie cérébrale afin d'extraire un signal de diffusion le long des voies auditives centrales associée à un screening génétique des patients avant l'implantation cochléaire, ainsi qu'une étude de la protéomique des liquides de l'oreille interne réalisée en per-opératoire. Matériels et méthodes Une étude monocentrique prospective chez 40 patients en indication d'implant cochléaire sera réalisée au CHU de Grenoble-Alpes. Une tomodensitométrie (TDM) des rochers et une imagerie par résonnance magnétique (IRM) des oreilles internes avec séquences de tractographie cérébrale seront réalisées en pré opératoire chez tous les patients inclus. L'imagerie par TDM des rochers et l'IRM des oreilles internes sont classiquement faits dans le bilan pré implant cochléaire et permettent le diagnostic de malformations de la capsule otique ou de tumeurs sur les voies auditives. L'IRM de diffusion est une modalité d'imagerie permettant d'étudier le mouvement Brownien des molécules d'eau à l'échelle microscopique. La modélisation mathématique de son signal RMN permet maintenant d'obtenir une estimation du volume du compartiment intra-axonal le long des structures anatomiques étudiées qui sont extraites par un processus de type tractographie probabiliste sur le paquet acoutico-facial et les radiations auditives. Des graphs de connectivité structurale avec métriques associées seront générés afin d'étudier la connectivité structurale encéphalique de façon globale à l'aide de la théorie des graphs, apte à modéliser les régions anatomiques altérées. L'ensemble sera complété en pré-opératoire par une évaluation génétique à la recherche d'anomalies génétiques pouvant être à l'origine de la surdité telle qu'une mutation de la Connexine 26 ou 30. Un prélèvement per opératoire de périlymphe lors de l'ouverture de la cochlée pour l'insertion de l'implant sera réalisé pour une évaluation de la protéomique des liquides de l'oreille interne. L'évaluation post opératoire des résultats auditifs des patients seront réalisés à l'aide de tests calibrés d'audiométrie vocale en champ libre en listes monosyllabiques et dissyllabiques ainsi qu'une évaluation de la qualité de vie en pré et post opératoire par les tests APHAB et CAP à 3 mois, 6 mois et 1 an. Résultats attendus Nous faisons l'hypothèse que la tractographie cérébrale par une diminution de la densité des fibres le long des voies auditives centrales, des anomalies génétiques spécifiques et l'étude de la protéomique dans la périlymphe nous permettrons de faire émerger des facteurs prédictifs de réhabilitation auditive difficile chez des patients après implantation cochléaire et nous permettra un suivi plus adapté de nos patients et éventuellement une évolution des indications d'implant cochléaire afin qu'ils soient implantés dans un timing optimal.

Introduction Deafness affects 10% of the French population. Hearing aids are initially proposed, but as soon as a patient's comprehension is limited with his hearing aids, a cochlear implant can be proposed. Cochlear implants are indicated in France in cases of severe to profound bilateral sensorineural hearing loss with an audiometric threshold of less or equal to 50% speech discrimination in silence in the Fournier list (or equivalent) at 60 dB, in the free field, with well-fitted hearing aids. Results of cochlear implants are in favor of a benefit in speech comprehension compared to hearing aids in cases of severe to profound deafness. However, there is a strong disparity in hearing performance after cochlear implantation from one patient to another, whether in silence or in noise. The 4 main factors seem to be the duration of the deafness, the age of onset of the deafness, its etiology and the duration of the patient's experience with the implant. It is assumed that the performance of cochlear implantation is strongly related to the individual's auditory processing abilities and the integrity of the central nervous system from the auditory nerve to the cortex. Rationale for the study At present, it is very difficult to predict the outcome of cochlear implants in deaf patients with a cochlear implant indication prior to implantation. The results remain variable from one patient to another and the etiology and the state of the central auditory pathways are not taken into account in the indication for cochlear implantation. Objective The main objective of our study is to identify predictive factors of hearing rehabilitation after cochlear implantation in severely to profoundly deaf adults by studying brain tractography to extract a diffusion signal along the central auditory pathways associated with a genetic screening of patients before cochlear implantation, as well as a proteomic study of inner ear fluids performed intraoperatively. Materials and methods A prospective monocentric study of 40 patients undergoing cochlear implantation will be performed at the University Hospital of Grenoble-Alpes. A computed tomography (CT) scan and a magnetic resonance imaging (MRI) of the inner ears with brain tractography sequences will be performed preoperatively in all included patients. CT imaging and MRI of the inner ears are classically done and allow the diagnosis of otic capsule malformations or tumors in the auditory pathways. Diffusion MRI is an imaging modality that allows the study of Brownian motion of water molecules at the microscopic scale. Mathematical modeling of its NMR signal now provides an estimate of the volume of the intra-axonal compartment along the studied anatomical structures that are extracted by a probabilistic tractography-like process on the acoutic-facial bundle and auditory radiations. Structural connectivity graphs with associated metrics will be generated in order to study the encephalic structural connectivity in a global way using graph theory, able to model the altered anatomical regions. This will be completed preoperatively by a genetic screening to look for genetic abnormalities that could be the cause of the deafness such as a Connexin 26 or 30 mutation. A per operative sampling of perilymph during the opening of the cochlea for the insertion of the implant will be performed for an evaluation of the proteomics of the inner ear fluids. Post-operative evaluation of the patients' hearing results will be performed using calibrated free-field voice audiometry tests in monosyllabic and dissyllabic lists as well as an evaluation of the quality of life before and after surgery using the APHAB and CAP tests at 3 months, 6 months and 1 year. Expected results We hypothesize that brain tractography through a decrease in fiber density along the central auditory pathways, specific genetic abnormalities and the study of proteomics in the perilymph will allow us to identify predictive factors of difficult auditory rehabilitation in patients after cochlear implantation and will allow us to follow up on our patients in a more adapted way and eventually to evolve the indications for cochlear implantation so that they are implanted in an optimal timing.