Définition de volumes anatomiques par une méthode de logique floue, à partir d'images tomographiques : évaluation et performance de la méthode sur des images par résonance magnétique nucléaire (IRM) et tomodensitométriques (TDM) : applications potentielles en radiothérapie conformationnelle

par Jean-Michel Caudrelier

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé. Médecine. Biophysique

Sous la direction de Jean Rousseau.

Soutenue en 2006

à Lille 2 .


  • Résumé

    Les progrès de l'informatique ont permis l'installation et l'utilisation croissante pour le diagnostic de l'imagerie tomographique numérique: la tomodensitométrie (TMD ou scanographie), l'imagerie par résonance magnétique (IRM), la tomoscintigraphie à photon unique (SPECT) et la tomographie par émission de positon (TEP). Sur les différentes coupes tomographiques, il est donc possible de délimiter manuellement, ou automatiquement à l'aide de logiciels spécifiques, une structure anatomique. Ce volume sera reconstruit le plus souvent en reliant les contours 2 dimensions (2D) associés à chaque coupe par des facettes, selon diverses techniques. Cette reconstruction permet la visualisation dans les 3 dimensions (3D) de la structure anatomique et permet aussi de quantifier son volume. Pour des raisons anatomiques mais aussi des raisons liées aux appareils d'imagerie et liées aux caractéristiques de la formation de l'image en coupe, il existe des incertitudes et des imprécisions dans la définition des contours 2D qui induisent donc des erreurs lors de la création du volume. Nous avons développé une nouvelle méthode de reconstruction de volume basée sur une méthode de logique floue (LF) permettant un raisonnement 3D avec une définition de volume à construire délimité par une iso surface. Dans le même temps, ces progrès de l'informatique ont permis la mise en place de calculs de dose tri-dimensionnels avec des logiciels exploitant les informations de l'imagerie tomographique numérique, et notamment la représentation 3D des structures anatomiques. Les progrès des équipements technologiques des accélérateurs linéaires et de nouveaux appareils d'irradiation permettent de délivrer et de moduler le flux de photons, donc la dose d'irradiation. Cet ensemble a permis de développer et utiliser en routine la radiothérapie conformationnelle 3D. Dans ce contexte, nous avons évalué la précision et la robustesse de la méthode logique floue pour la reconstruction de structures et volumes tumoraux à partir d'images IRM et TDM. Les résultats ont montré la précision et la robustesse de cette nouvelle méthode de reconstruction. Sur la base d'une revue de la littérature, une réflexion a été menée sur la place de cette méthode ou autre outil mathématique pour aider à la décision de traitement et notamment la définition des volumes tumoraux microscopiques. Enfin, nous avons essayé de montrer les liens très étroits entre la radiologie et la radio-oncologie qui évolue vers une irradiation thérapeutique guidée par l'image.


  • Résumé

    Modalities of digital tomographic images, such as computer tomography scanner (CT-scanner), magnetic resonance imaging (MRI), single photon emission tomography (SPECT), position emission tomography (PET) have been implemented over the last decades, folowing the dramatic improvements in informatics. From tomography slices, a contour of any structure can be delineated manually or using automatic procedures. A volume can be created, usually by joining the stack of the several 2 dimensions (2D) contours and by surfacing with a specific algorithm. Then, an anatomical structure can be visualized in 3 dimensions (3D) and its volume can also be quantified. Due to shapes of anatomical structures but also due to analysis of signal in digital tomography images, 2D contours are created with uncertainties and inaccuracies leading to deviations from the original structure. To resolve these issues, we have developed a method of 3D reconstruction based on a fuzzy logic method. A structure in reconstructed not by a stack of 2D contours but by a real 3D enveloppe based on a voxel unit. Also over the last decades, we have seen dramatic changes in radiation oncology thank to informatics and imaging improvements. The treatment planning software are now able to calculate the 3D dose distribution on reconstucted 3D tumoral volume. Also, technology of linear accelerator and new type of radiation delivery are able to modulate and conform the delivery of the dose to the shape of the 3D tumoral volume while avoiding the normal tissue structures: the concept of 3D conformal radiotherapy is born. In this era of 3D images, accuracy and robustness of our fuzzy logic method in reconstruction and quantifying structures and tumoral volumes on MRI and CT-scanner images were evaluated. Accuracy and robustness of our method were demonstrated and confirmed by the results. Based on an extensive review of litterature about breast cancer, we try to develop a medical decision tool to help the radiation oncologist to define microscopic extension of the disease. Trough this report, we have tried to emphasize that there is now strong links and connections between radiology and radiation oncology, which is quickly evolving to images guided radiation therapy (IGT).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (157 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 139-152

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  • Bibliothèque : Université du droit et de la santé. Service Commun de la Documentation. BU Santé - Learning center.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50.379-2006-2-C
  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire de santé (Paris). Pôle pharmacie, biologie et cosmétologie.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : MFTH 7676
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