Simulation de données de patients pour la comparaison des performances cliniques de systèmes d'absorptiométrie biphotonique à rayons X

par Karine Haddadi

Projet de thèse en Traitement du signal et des images

Sous la direction de Isabelle Bloch et de Serge Muller.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec LTCI - Laboratoire de Traitement et Communication de l'Information (laboratoire) , IMAGES : Image, Modélisation, Analyse, GEométrie, Synthèse (equipe de recherche) et de Télécom ParisTech (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-04-2019 .


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est de permettre, par simulation numérique, la comparaison entre différents appareils de DXA en termes de performances cliniques. Ce domaine de recherche est très actuel et se développe depuis plusieurs années, en particulier dans le domaine de la mammographie, sous l'impulsion de la FDA (Food and Drug Administration) [7] qui y voit l'opportunité d'accélérer l'introduction de l'innovation dans les dispositifs médicaux, à des coûts maîtrisés. Il s'agit d'aller au-delà de la caractérisation de systèmes par le biais d'un ensemble de paramètres physiques intrinsèques, et de permettre d'évaluer l'impact de choix technologiques sur les performances cliniques obtenues en utilisant ces systèmes. Un des objectifs intermédiaires sera donc de développer les jumeaux numériques (« digital twins ») d'appareils de DXA avec un niveau de détails nécessaire et suffisant pour permettre leur comparaison en termes de performances cliniques comme s'il s'agissait d'appareils physiques réels. L'intérêt principal d'une telle simulation est de permettre la comparaison d'un appareil DXA existant avec un projet d'appareil DXA pour lequel on pourra simuler différents composants sans avoir à les prototyper réellement. Cela permet alors de gagner du temps de prototypage et d'en réduire les coûts. Un second objectif intermédiaire sera de développer les jumeaux numériques du patient avec un niveau de détails nécessaire et suffisant pour permettre la génération d'images DXA réalistes comme s'il s'agissait d'images acquises sur des patients réels. On se focalisera sur la simulation, d'une part, du fémur et de l'ilium et, d'autre part, du rachis. Afin de s'assurer du réalisme de la simulation numérique des systèmes DXA, on comparera les performances cliniques obtenues avec les images d'un fantôme physique (objet test simulant une partie de l'anatomie) acquises sur un appareil DXA réel, aux performances cliniques obtenues avec les images générées en utilisant les jumeaux numériques du fantôme et de l'appareil de DXA. De plus, pour rendre compte de la variabilité biologique observée sur une population humaine, on pourra envisager la paramétrisation des jumeaux numériques du patient, de sorte qu'un ensemble d'images représentatives d'une telle population puisse être généré pour chaque appareil de DXA. La production d'un grand nombre d'images de différents patients pourrait alors ouvrir la voie à une nouvelle approche pour l'évaluation des performances cliniques. Enfin, la comparaison des performances cliniques entre différents appareils de DXA sera réalisée au regard des résultats obtenus sur les images DXA simulées, pour un ensemble d'applications cliniques (mesure de la DMO sur le fémur et sur le rachis lombaire, détection et quantification de l'épaississement cortical précurseur d'une fracture atypique du fémur, et identification de fractures vertébrales). Cette étape nécessitera l'utilisation, voire le développement, d'outils automatiques pour la quantification des différentes grandeurs mesurées. En particulier, en fonction de l'avancée de la thèse, on pourra envisager la production d'un grand nombre d'images de différents patients, pour lesquelles la « vérité » sera connue. Cela nous permettrait alors de développer des approches d'apprentissage profond (« Deep Learning ») dont les performances permettront de quantifier l'apport de chaque appareil de DXA simulé quant aux performances cliniques obtenues. On pourra enfin aussi envisager la comparaison des résultats obtenus par ces outils automatiques avec les résultats produits lors de sessions de lecture d'images par des experts en imagerie DXA, afin de s'assurer de la pertinence des approches automatiques développées.

  • Titre traduit

    Simulation of patient's data for comparison of clinical performances of X-ray imaging systems


  • Résumé

    The aim of this thesis is to develop digital twins to evaluate clinical performances of X-ray imaging systems dedicated to osteoporosis analysis. Both the acquisition systems and the patients will be simulated.