Réunion

Présentations contribuées :

Garance MARTIN (LIP6) - APPROCHE HYBRIDE POUR LA SEGMENTATION DE STRUCTURES FINES ET TUBULAIRES

Dans ce travail nous introduisons une approche hybride pour la segmentation de structures fines en combinant des méthodes géométriques qui sont les contours actifs géodésiques [Caselles, 1997] et les filtres de vesselness [Frangi, 1998] dans une fonction de coût d'un réseau de neurones U-Net [Ronneberger, 2015]. L'inverse de la réponse au filtre de vesselness définit une métrique liée au contenu de l'image, qui va réhausser les structures tubulaires. L'objet à segmenter est considéré comme une géodésique au sens de la métrique définie. Ce terme est ajouté à la fonction de coût pour régulariser la prédiction obtenue avec une fonction de coût de Dice. Nous appliquons cette méthode à un instrument endoscopique, le fil guide qui n'est pas vasculaire mais qui a une structure fine et tubulaire similaire à celles des vaisseaux. La différence réside dans l'absence de bifurcations et de variation de diamètre. Nous obtenons des meilleures performances qu'avec des fonctions de coût spécialisées pour le déséquilibre de classe ou les objets tubulaires ainsi que plus de robustesse.

Marie-Ange LEBRE (Institut Pascal) – DEEP TOPOLOGY-AWARE SEGMENTATION OF LIVER VESSELS IN MRI

La segmentation précise des structures anatomiques allongées et ramifiées, comme les vaisseaux sanguins, est cruciale en imagerie médicale. Leur intégrité topologique, notamment la connectivité, doit être préservée pour garantir une analyse fiable. En imagerie par résonance magnétique (IRM), couramment utilisée pour la détection du cancer, la segmentation vasculaire joue un rôle essentiel dans le diagnostic et la planification des traitements. Par exemple, en chirurgie hépatique, le schéma de segmentation de Couinaud, fondé sur les axes de la veine porte et de la veine cave inférieure, guide les interventions chirurgicales. Dans ce travail, les performances d’un réseau 3D U-Net sont étudiées en utilisant différentes fonctions de perte dérivées de la Centerline Dice loss (ClDice loss), une métrique qui évalue le chevauchement entre les masques segmentés et leurs squelettes morphologiques. Des techniques de squelettisation différentiables sont intégrées afin de permettre une optimisation de bout en bout. Pour améliorer les performances, une fonction de perte combinée est proposée, incluant un terme de régularisation visant à stabiliser l'entraînement et réduire les artefacts en bordure. Les variantes de la fonction ClDice sont évaluées sur deux jeux de données : un jeu public synthétique (Vascusynth) et un jeu privé d’IRM hépatique (30 patients avec segmentation des veines porte et cave inférieure), ce dernier étant particulièrement bruité. Huit métriques sont utilisées, couvrant des aspects volumétriques, géométriques et topologiques. Les résultats démontrent l’efficacité des fonctions de perte basées ClDice avec régularisation.

Guillaume GARRET (Institut Pascal) – LES MODELES DE SEGMENTATION COMPRENNENT-ILS LA STRUCTURE VASCULAIRE ? UNE APPROCHE XAI BASEE BLOBS

Les modèles d’apprentissage profond ont démontré des performances impressionnantes en segmentation d'images médicales, mais leur nature « boîte noire » limite leur adoption clinique. Dans les applications vasculaires, une segmentation fiable devrait s'appuyer à la fois sur des indices locaux de l'image et sur des structures anatomiques globales, telles que l’interconnectivité entre vaisseaux ou leur degré de tubularité. Cependant, la manière dont les modèles exploitent ce contexte global est opaque. Nous présentons un nouveau pipeline d'explicabilité pour la segmentation vasculaire en 3D, combinant l'attribution pour une sélection de points guidée par graphe vasculaire, avec une analyse – basée blobs – des cartes de Saliency (gradients). En utilisant les graphes vasculaires extraits des vérités-terrain, nous définissons des points d'intérêt (POI) anatomiquement significatifs et évaluons la contribution des voxels d'entrée dans leur classification via des cartes de Saliency. Celles-ci sont analysées à l’échelles locales à l'aide d'un détecteur de blobs. Appliquée aux jeux de données IRCAD et Bullitt, notre analyse montre que les décisions des modèles sont dominées par des zones très localisés, centrés près des POI. Les métriques d'attribution montrent peu de corrélation avec les propriétés des vaisseaux telles que l'épaisseur, la tubularité ou la connectivité, suggérant une utilisation limitée du raisonnement anatomique global. Nos résultats soulignent l'importance des outils d'explicabilité structurés et mettent en évidence les limitations actuelles des modèles de segmentation dans la capture du contexte vasculaire global.

Elise COLIN (Onera) -- IMAGERIE DE SPECKLE DYNAMIQUE D’UN CŒUR BATTANT : UNE SOLUTION ALGORITHMIQUE AU DÉFI DU MOUVEMENT

L’imagerie de speckle dynamique est une technique optique non invasive permettant d’évaluer la microcirculation en analysant les fluctuations temporelles des motifs de speckle produits par la diffusion de la lumière cohérente d’un laser dans les tissus biologiques. Cette méthode s’est révélée précieuse pour étudier le flux sanguin dans divers contextes biomédicaux, notamment en dermatologie. Toutefois, son application à des structures en mouvement rapide, telles qu’un cœur en battement, pose des défis majeurs en raison des artefacts induits par les contractions myocardiques. Dans nos travaux, nous avons développé une approche algorithmique permettant d’adapter l’analyse du contraste de speckle au cœur en mouvement. Plutôt que d’estimer le contraste image par image, notre méthode exploite des données acquises sur plusieurs cycles cardiaques. À l’aide d’un algorithme de flot optique, nous identifions, pour chaque image, les plus proches en termes de position parmi celles des autres cycles, puis nous les combinons afin d’optimiser le contraste temporel de speckle. Cette stratégie permet d’obtenir des informations fiables sur la perfusion tissulaire sans recourir à l’arrêt du mouvement ou à des techniques d’imagerie ultra-rapide, souvent coûteuses et complexes. Testée sur des greffons cardiaques porcins en perfusion, elle améliore significativement la robustesse du contraste de speckle malgré les mouvements. L’imagerie ainsi obtenue offre une visualisation détaillée des structures microvasculaires en conditions dynamiques. Cette approche ouvre des perspectives pour l’évaluation peropératoire et le suivi post-transplantation des greffons cardiaques. Nos résultats suggèrent son intégration dans des systèmes cliniques pour améliorer l’évaluation de la qualité des greffons et accroître leur disponibilité. Nous présenterons nos derniers résultats ainsi que les défis futurs à relever.

Esther FONTAINE (CRESTIC, LMR) -- OPTIMISATION DU TEMPS D’ACQUISITION DE LA SEQUENCE DE FLUX 4D EN IRM 3T POUR L’IMAGERIE DES VAISSEAUX CEREBRAUX

Objectif : Cette étude vise à réduire le temps d’acquisition des séquences 4D Flow de Siemens afin de les adapter à une utilisation clinique pour l’imagerie des vaisseaux cérébraux. Méthodes : Différents paramètres d’accélération ont été évalués, incluant la résolution spatiale en phase et en coupe, l’imagerie parallèle GRAPPA et la transformée de Fourier partielle. Une série de séquences avec plusieurs niveaux d’accélération a été acquise sur un fantôme vasculaire. Une comparaison point par point entre une séquence de référence et chaque séquence accélérée a été réalisée en calculant le facteur de corrélation de Pearson au carré. Toutes les acquisitions ont été effectuées en flux continu, permettant de désactiver le trigger cardiaque pour accélérer l’imagerie (une seule dynamique). Le niveau maximal de chaque paramètre d’accélération a été déterminé en garantissant une dégradation de la variance de vitesse inférieure à 10 %, tout en minimisant le temps d’acquisition. Résultats : L’optimisation des paramètres a permis une réduction du temps d’acquisition d’un facteur 20,6, atteignant 21 secondes. Les paramètres d’accélération optimaux avec leurs coefficients de corrélation au carré respectifs sont : résolution en phase à 40 % (0,94), résolution en coupe à 50 % (0,95), GRAPPA niveau 3 (0,91) et Fourier partielle en phase et coupe à 6/8 (0,97). L’ensemble de ces réglages entraîne une dégradation de la variance de vitesse de 23 % par rapport à la séquence de référence. Avec trigger cardiaque (75 battements par minute), le temps d’acquisition est réduit d’un facteur 24,6, atteignant 4 minutes 27 secondes. Conclusion : Cette méthodologie d’optimisation permet de configurer les paramètres de séquence de manière efficace, facilitant l’utilisation en routine de la séquence 4D Flow pour l’imagerie des vaisseaux cérébraux tout en préservant la qualité des mesures.

Morgane DES LIGNERIS (CREATIS) -- PIPELINE D'EXTRACTION AUTOMATIQUE DE BIOMARQUEURS POUR LA CARACTÉRISATION DES EMBOLIES PULMONAIRES

L'embolie pulmonaire (EP), caractérisée par l'obstruction d'une artère pulmonaire par un thrombus, est la troisième cause de mortalité cardiovasculaire en Europe [1]. L'évaluation du risque de mortalité à 30 jours, appelée stratification du risque, est essentielle pour guider les décisions thérapeutiques. Actuellement, elle repose principalement sur des biomarqueurs indirects – deux biomarqueurs sanguins (troponine, BNP plasmatique), et un marqueur issu de l’imagerie, le ratio VD/VG (ventricule droit/ventricule gauche) [1, 2] – qui reflètent davantage les conséquences de l'EP que l'obstruction vasculaire elle-même. Dans ce contexte, nous proposons un pipeline d'analyse visant à améliorer la stratification en extrayant de nouveaux biomarqueurs morphologiques directement à partir d'angiographies pulmonaires tomodensitométriques disponibles en routine clinique. Ces biomarqueurs visent à caractériser précisément l'obstruction et les altérations de l'arbre vasculaire pulmonaire. Le pipeline comprend plusieurs modules interdépendants. À partir du masque de segmentation des artères pulmonaires (cf. Fig. 1a), une ligne centrale (cf. Fig. 1b) et une carte de distance sont générées afin d'estimer le diamètre des vaisseaux. Le squelette est ensuite converti en un graphe orienté représentant l'arborescence pulmonaire, depuis le tronc artériel principal jusqu'aux branches périphériques (cf. Fig 1c). Chaque vaisseau est étiqueté selon sa position anatomique (artère lobaire, segmentaire, sous-segmentaire...) et son niveau hiérarchique (cf. Figure 1d). En parallèle, les embolies sont détectées à partir de leurs masques de segmentation, leur volume est mesuré, et leur localisation précise est cartographiée dans l'arbre vasculaire. Ces informations permettent de calculer le taux d'obstruction de chaque vaisseau. Ce graphe enrichi, intégrant la morphologie vasculaire et la distribution des thrombus, constitue une base solide pour l’extraction de nouveaux biomarqueurs morphologiques. L’objectif final est d'améliorer les outils de stratification du risque dans l’EP aiguë, en s’appuyant sur ces signatures morphologiques interprétables, afin d'améliorer le pronostic et la prise en charge des patients.

Antoine KNEIB (IADI) -- "MOULAGE PAR CORROSION" VIRTUEL POUR L’ANALYSE HIERARCHIQUE DE LA VASCULARISATION DU PLACENTA HUMAIN FRAIS AVEC L’ANGIOGRAPHIE PAR IRM EX VIVO : PIPELINE AUTOMATIQUE ET PLUG-IN

Introduction : L’étude de l’architecture hiérarchique des vaisseaux sanguins placentaires est essentielle pour mieux comprendre certaines pathologies (1). Bien que le « moulage par corrosion » soit la méthode de référence, celle-ci est longue et fastidieuse. L’angiographie par résonance magnétique (ARM) exvivo, couplée à une méthode de différenciation artérielle et veineuse, offre une alternative prometteuse. Nous proposons une nouvelle approche : le « moulage par corrosion » virtuel, permettant une analyse vasculaire détaillée. Méthodologie : Nous avons développé et testé un pipeline semi-automatique permettant d’annoter les artères et les veines tout en résolvant des ambiguïtés. Une méthode par réduction de maillage utilisant la reconstruction de Poisson (3) a été développée, tandis qu’une approche locale de segmentation par ensembles de niveaux a permis des corrections plus précises. Un suivi des vaisseaux basé sur l’algorithme RANSAC (4) est utilisé pour raccorder les composantes déconnectées du réseau vasculaire. Une interface graphique a été conçue comme plug-in sur la plateforme 3D Slicer. Résultats : Les données préliminaires (6 normatives vs 6 pathologiques) acquises via le protocole MAPLE (2) ont été annotées au moyen du plug-in : les artères et les veines ont été séparées et annotées (Figure 1). Les rayons moyens (veines et artères) étaient significativement réduits dans les placentas issus des fétus présentant un retard de croissance intra-utérin (RCIU) (p = 0,03) ; les proportions artérioveineuses montrent également une densité plus importante d’artères que de veines dans les placentas RCIU par rapport aux placentas physiologiques (p < 0,01). Conclusion : Une analyse hiérarchique utilisant un modèle complémentaire de moulage par corrosion virtuel peut offrir une vision plus complète de la vascularisation placentaire, et potentiellement ouvrir de nouvelles perspectives pour la compréhension de pathologies telles que le RCIU.