AIMM - Analyse d'Images nucléaires dans un contexte Multimodal et Multitemporel

IAMM - nuclear Imaging Analysis in a Multimodal and Multitemporal context

• Auteur / Autrice : Francisco Javier Alvarez padilla
• Direction : Dimitri Papathanassiou, Nicolas Passat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Info - Informatique
• Date : Soutenance le 13/09/2019
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (CRESTIC) EA 3804 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Hugues Talbot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dimitri Papathanassiou, Nicolas Passat, Antoine Vacavant, Bertrand Kerautret, Barbara Romaniuk, Stéphanie Servagi-Vernat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antoine Vacavant, Bertrand Kerautret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie par émission

Imagerie médicale

imagerie diagnostique

Cancer -- Recherche

Mots clés libres

Tep/tdm

Cancer

Cancer

Attributs

Tep

Pet/ct

Region-Based attributes

Tree of shapes

Cancer

Pet

Résumé

Ces travaux de thèse portent sur la proposition de stratégies de segmentation des tumeurs cancéreuses dans un contexte multimodal et multitemporel. La multimodalité fait référence au couplage de données TEP/TDM pour exploiter conjointement les deux sources d’information pour améliorer les performances de la segmentation. La multitemporalité fait référence à la disposition des images acquises à différents dates, ce qui limite une correspondance spatiale possible entre elles.Dans une première méthode, une structure arborescente est utilisée pour traiter et pour extraire des informations afin d’alimenter une segmentation par marche aléatoire. Un ensemble d'attributs est utilisé pour caractériser les nœuds de l'arbre, puis le filtrer et projeter des informations afin de créer une image vectorielle. Un marcheur aléatoire guidé par les données vectorielles provenant de l'arbre est utilisé pour étiqueter les voxels à des fins de segmentation.La deuxième méthode traite le problème de la multitemporalité en modifiant le paradigme de voxel à voxel par celui de nœud à nœud. Deux arbres sont alors modélisés à partir de la TEP et de la TDM avec injection de contraste pour comparer leurs nœuds par une différence entre leurs attributs et ainsi correspondre à ceux considérés comme similaires en supprimant ceux qui ne le sont pas.Dans une troisième méthode, qui est une extension de la première, l'arbre calculé à partir de l'image est directement utilisé pour mettre en œuvre l'algorithme développé. Une structure arborescente est construite sur la TEP, puis les données TDM sont projetées sur l’arbre en tant qu’informations contextuelles. Un algorithme de stabilité de nœud est appliqué afin de détecter et d'élaguer les nœuds instables. Des graines, extraites de la TEP, sont projetées dans l'arbre pour fournir des étiquettes (pour la tumeur et le fond) à ses nœuds correspondants et les propager au sein de la hiérarchie. Les régions évaluées comme incertaines sont soumises à une méthode de marche aléatoire vectorielle pour compléter l'étiquetage de l'arbre et finaliser la segmentation.

This work focuses on the proposition of cancerous tumor segmentation strategies in a multimodal and multitemporal context. Multimodal scope refers to coupling PET/CT data in order to jointly exploit both information sources with the purpose of improving segmentation performance. Multitemporal scope refers to the use of images acquired at different dates, which limits a possible spatial correspondence between them.In a first method, a tree is used to process and extract information dedicated to feed a random walker segmentation. A set of region-based attributes is used to characterize tree nodes, filter the tree and then project data into the image space for building a vectorial image. A random walker guided by vectorial tree data on image lattice is used to label voxels for segmentation.The second method is geared toward multitemporality problem by changing voxel-to-voxel for node-to-node paradigm. A tree structure is thus applied to model two hierarchical graphs from PET and contrast-enhanced CT, respectively, and compare attribute distances between their nodes to match those assumed similar whereas discarding the others.In a third method, namely an extension of the first one, the tree is directly involved as the data-structure for algorithm application. A tree structure is built on the PET image, and CT data is then projected onto the tree as contextual information. A node stability algorithm is applied to detect and prune unstable attribute nodes. PET-based seeds are projected into the tree to assign node seed labels (tumor and background) and propagate them by hierarchy. The uncertain nodes, with region-based attributes as descriptors, are involved in a vectorial random walker method to complete tree labeling and build the segmentation.