Évaluation du scanner spectral, de l'ultra low dose, de l'IA et des biomarqueurs en radiologie ostéo-articulaire.

Evaluation of spectral ct-scan, ultra-low dose, AI and biomarkers in musculoskeletal radiology.

• Auteur / Autrice : Maxime Pastor
• Direction : Jean-Paul Beregi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Statistiques et Sciences des Données
• Date : Inscription en doctorat le 30/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMAGINE - Management initial et Prévention des défaillances d'Organes des Patients Critiques

Mots clés

Mots clés libres

Radiologie

Scanner

Ostéo-articulaire

Ia

Spectral

Uld

Radiology

CT-Scan

Msk

Ia

Spectral

Uld

Résumé

Ce projet de thèse de science repose sur une évaluation de l'apport des nouvelles modalités en scanner pour les pathologies ostéoarticulaires. Il s'articule autour de 4 grands axes : le scanner spectral, le scanner ultra low dose, l'intelligence artificielle(IA) et les biomarqueurs. Ces axes de recherche sont interdépendants, notamment avec l'IA qui permet des avancées dans de nombreux domaines. Scanner spectral : Le scanner spectral à comptage photonique est une nouvelle génération de scanner. Il permet l'échantillonnage en multiples énergies du spectre reçu contrairement au scanner standard et au scanner double-énergie qui ne recueille l'atténuation que de 2 gammes d'énergie. Ses principaux avantages sont : - l'amélioration de la résolution spatiale. - l'amélioration de la résolution en contraste. - l'optimisation des doses de rayons X. -l'imagerie couleur. Si son application clinique est démontrée en imagerie cardio-vasculaire, il n'y a pour l'instant rien dans le domaine ostéo articulaire. Notre objectif est d'étudier l'apport du scanner spectral dans ce domaine avec notamment : - La détection et la quantification de l'ostéoporose, de façon automatique et en routine, par la mesure de la densité osseuse au sein des vertèbres thoraciques et lombaires. - La détection et la quantification de la sarcopénie, en évaluant la masse musculaire et l'involution graisseuse des muscles paravertébraux. - La recherche d'œdème au sein des foyers fracturaires des corps vertébraux par la mesure de la concentration en eau, pour le diagnostic précoce des fractures récentes ou encore l'amélioration de la visualisation des lésion osseuses secondaires. Prévisionnel de l'étude : 2023-2024 : Développement des logiciels et des algorithmes avec les ingénieurs d'applications 2024-2025 : Inclusion des patients, recueil des données. 2026 : Analyse de la base de données et résultats. Ref : Baffour FI, Glazebrook KN, Ferrero A, Leng S, McCollough CH, Fletcher JG, Rajendran K. Photon-Counting Detector CT for Musculoskeletal Imaging: A Clinical Perspective. AJR Am J Roentgenol. 2023 Apr;220(4):551-560. doi: 10.2214/AJR.22.28418. Epub 2022 Oct 19. PMID: 36259593. Scanner Ultra-basse dose : Le scanner ultra-basse dose ou ULD est un scanner acquis à une dose d'irradiation abaissée (elle correspond par exemple à celle d'une radiographie thoracique face-profil lors d'un scanner thoracique ULD). Il offre une qualité d'image volontairement dégradée mais restant diagnostique dans de nombreuses indications. Les améliorations technologiques et notamment la reconstruction itérative ont permis une augmentation très significative de la qualité de cet examen, qui est réalisable sur la plupart des scanners mis en service au cours des 5 dernières années. Le scanner ULD s'est démocratisé au niveau thoracique et sa non-infériorité par rapport au scanner thoracique standard « pleine dose » est actuellement démontrée pour le dépistage des nodules solides, pour le dépistage des complications pleurales secondaires à l'exposition à l'amiante et pour le diagnostic et le suivi des pneumopathies infectieuses. Notre but est d'étudier son apport pour la prise en charge des traumatismes des extrémités des membres, par rapport à la radiographie standard : notre hypothèse est qu'à dose équivalente, le scanner ULD permettrait d'obtenir une meilleure détection des fractures, et éviterait ainsi un retard de prise en charge. PHRC en cours, avec comme prévisionnel : Fin 2023 : Fin des inclusions du PHRC. 2024-2025 : Analyse et résultats de l'étude. Ref : Hamard A, Greffier J, Bastide S, Larbi A, Addala T, Sadate A, Beregi JP, Frandon J. Ultra-low-dose CT versus radiographs for minor spine and pelvis trauma: a Bayesian analysis of accuracy. Eur Radiol. 2021 Apr;31(4):2621-2633. doi: 10.1007/s00330-020-07304-8. Epub 2020 Oct 9. PMID: 33034747. Scanner et IA : L'intelligence artificielle (IA) à l'ère du Deep Learning, a révolutionné le domaine de l'imagerie médicale, avec des apports multiples. Tout d'abord, l'IA permet grâce aux nouveaux algorithmes de reconstruction de réduire la dose de rayonnement sans perdre en qualité d'image. Concrètement, faire mieux ou au moins aussi bien, avec moins de dose. Cette application de l'IA en imagerie est étroitement liée à notre travail sur le scanner ULD présenté ci-dessus. Par ailleurs, l'IA peut servir d'aide à la segmentation et à la labellisation de certaines structures, par exemple les métastases. Concernant notre projet, elle interviendra notamment dans la segmentation automatique des vertèbres pour la mesure de la densitométrie osseuse et des structures musculaires pour mesure de la sarcopénie. Enfin, une des applications de l'IA en scanner pourrait être la détection automatique de fractures, notamment vertébrales. Ref : Chianca V, Albano D, Messina C, Gitto S, Ruffo G, Guarino S, Del Grande F, Sconfienza LM. Sarcopenia: imaging assessment and clinical application. Abdom Radiol (NY). 2022 Sep;47(9):3205-3216. doi: 10.1007/s00261-021-03294-3. Epub 2021 Oct 23. PMID: 34687326; PMCID: PMC8536908. Scanner et biomarqueurs : Un biomarqueur est une caractéristique biologique objective, qui mesure un état physiologique, pathologique, ou la réponse à un traitement. L'essor de l'IA, qui fusionne les données de l'imagerie avec les données cliniques, biologiques, fonctionnelles, anatomopathologiques, voire génomiques, des patients ouvre un large champ de possibilités qui peut fiabiliser le diagnostic mais aussi fournir des données pronostiques pour par exemple prédire la réponse à un traitement. Notre objectif est d'évaluer comment les biomarqueurs peuvent s'intégrer dans le diagnostic en association avec le scanner. Prévisionnel de l'étude : 2023-2024 : Design de l'étude 2025-2026 : Inclusion, Recueil et Résultats.

This science thesis project is based on an assessment of the contribution of new CT modalities for musculoskeletal pathologies. It focuses on 4 main areas: spectral ct-scan, ultra-low-dose, artificial intelligence (AI) and biomarkers. These areas of research are interdependent, particularly with AI, which is enabling advances in many fields.