Développement et validation d'un système automatique de classification de la dégénérescence maculaire liée à l'âge

La dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) est une des principales causes de déficience visuelle menant à une cécité irréversible chez les personnes âgées dans les pays industrialisés. Cette maladie regroupe une variété d'anomalies touchant la macula, se présentant sous diverses formes. Un des moyens les plus couramment utilisés pour rapidement examiner la rétine est la photographie de fond d'œil. À partir de ces images, il est déjà possible de détecter et de poser un diagnostic sur l'avancée de la maladie. Une classification recommandée pour évaluer la DMLA est la classification simplifiée de l'AREDS qui consiste à diviser la maladie en quatre catégories : non-DMLA, précoce, modérée, et avancée. Cette classification aide à déterminer le traitement spécifique le plus optimal. Elle se base sur des critères quantitatifs mais également qualitatifs, ce qui peut entrainer des variabilités inter- et intra-expert. Avec le vieillissement de la population et le dépistage systématique, le nombre de cas de DMLA à être examinés et le nombre d'images à être analysées est en augmentation rendant ainsi le travail long et laborieux pour les cliniciens. C'est pour cela, que des méthodes automatiques de détection et de classification de la DMLA ont été proposées, afin de rendre le processus rapide et reproductible. Cependant, il n'existe aucune méthode permettant une classification du degré de sévérité de la DMLA qui soit robuste à la qualité de l'image. Ce dernier point est important lorsqu'on travaille dans un contexte de télémédecine. Dans ce projet, nous proposons de développer et valider un système automatique de classification de la DMLA qui soit robuste à la qualité de l'image. Pour ce faire, nous avons d'abord établi une base de données constituée de 159 images, représentant les quatre catégories de l'AREDS et divers niveaux de qualité d'images. L'étiquetage de ces images a été réalisé par un expert en ophtalmologie et nous a servi de référence. Ensuite, une étude sur l'extraction de caractéristiques nous a permis de relever celles qui étaient pertinentes et de configurer les paramètres pour notre application. Nous en avons conclu que les caractéristiques de texture, de couleur et de contexte visuel semblaient les plus intéressantes. Nous avons effectué par après une étape de sélection afin de réduire la dimensionnalité de l'espace des caractéristiques. Cette étape nous a également permis d'évaluer l'importance des différentes caractéristiques lorsqu'elles étaient combinées ensemble.

Abstract

Age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of visual deficiency and legal blindness in the elderly population in industrialized countries. This disease is a group of heterogeneous disorders affecting the macula. For eye examination, a common used modality is the fundus photography because it is fast and non-invasive procedure which may establish a diagnostic on the stage of the disease. A recommended classification for AMD is the simplified classification of AREDS which divides the disease into four categories: non-AMD, early, moderate and advanced. This classification is helpful to determine the optimal and specific treatment. It is based on quantitative criteria but also on qualitative ones, introducing inter- and intra-expert variability. Moreover, with the aging population and systematic screening, more cases of AMD must be examined and more images must be analyzed, rendering this task long and laborious for clinicians. To address this problem, automatic methods for AMD classification were then proposed for a fast and reproducible process. However, there is no method performing AMD severity classification which is robust to image quality. This last part is especially important in a context of telemedicine where the acquisition conditions are various. The aim of this project is to develop and validate an automatic system for AMD classification which is robust to image quality. To do so, we worked with a database of 159 images, representing the different categories at various levels of image quality. The labelling of these images is realized by one expert and served as a reference. A study on feature extraction is carried out to determine relevant features and to set the parameters for this application. We conclude that features based on texture, color and visual context are the most interesting. After, a selection is applied to reduce the dimensionality of features space. This step allows us to evaluate the feature relevance when all the features are combined. It is shown that the local binary patterns applied on the green channel are the most the discriminant features for AMD classification. Finally, different systems for AMD classification were modeled and tested to assess how the proposed method classifies the fundus images into the different categories. The results demonstrated robustness to image quality and also that our method outperforms the methods proposed in the literature. Errors were noted on images presenting diabetic retinopathy, visible choroidal vessels or too much degradation caused by artefacts. In this project, we propose the first AMD severities classification robust to image quality.