Modélisation statistique des structures anatomiques de la rétine à partir d'images de fond d'oeil

L'examen non-invasif du fond d'oeil permet d'identifier sur la rétine les signes de nombreuses pathologies oculaires qui développent de graves symptômes pour le patient pouvant entraîner la cécité. Le réseau vasculaire rétinien peut de surcroît présenter des signes précurseurs de pathologies cardiovasculaires et cérébro-vasculaires. La rétine, où apparaissent ces pathologies, est constituée de plusieurs structures anatomiques dont la variabilité est importante au sein d'une population saine. Pour autant, les évaluations cliniques actuelles ne prennent pas en compte cette variabilité ce qui ne permet pas de détecter précocement ces pathologies. Ces évaluations se basent sur un ensemble restreint de mesures prélevées à partir de structures dont la segmentation manuelle est réalisable par les experts. De plus, elles sont basées sur un seuillage empirique déterminé par les cliniciens et appliqué sur chacune des mesures afin d'établir un diagnostic. Ainsi, les évaluations cliniques actuelles sont affectées par la grande variabilité des structures anatomiques de la rétine au sein de la population et elles n'évaluent pas les anomalies trop difficiles à mesurer manuellement. Dans ce contexte, il convient de proposer de nouvelles mesures cliniques qui tiennent compte de la variabilité normale à l'aide d'une modélisation statistique des structures anatomiques de la rétine. Cette modélisation statistique permet de mieux comprendre et identifier ce qui est normal et comment l'anatomie et ses attributs varient au sein d'une population saine. Cela permet ainsi d'identifier la présence de pathologies à l'aide de nouvelles mesures cliniques construites en tenant compte de la variabilité des attributs de l'anatomie. La modélisation statistique des structures anatomiques de la rétine est cependant difficile étant donné les variations morphologiques et topologiques de ces structures. Les changements morphologiques et topologiques du réseau vasculaire rétinien compliquent son analyse statistique ainsi que les outils de recalage, de segmentation et de représentation sémantique s'y appliquant. Les questions de recherches adressées dans cette thèse sont la production d'outils capables d'analyser la variabilité des structures anatomiques de la rétine et l'élaboration de nouvelles mesures cliniques tenant compte de la variabilité normale de ces structures. Pour répondre à ces questions de recherche, trois objectifs de recherche sont formulés.

Abstract

Non-invasive retinal fundus examination allows clinicians to identify signs of many ocular conditions that develop critical symptoms affecting the patient and even leading to blindness. In addition, the retinal vascular network may present early signs of cardiovascular and cerebrovascular diseases. The retina, where these pathologies appear, is composed of several anatomical structures whose variability is considerable within a healthy population. Yet, current clinical evaluations do not take into account this variability, and this does not allow early detection of these pathologies. These evaluations are based on a limited set of measurements taken from structures whose manual segmentation is achievable by the experts. In addition, they are based on empirical thresholding determined by the clinicians and applied to each of the measurements to establish a diagnosis. Thus, current clinical assessments are affected by the large variability of anatomical structures of the retina within a healthy population and do not evaluate abnormalities that are too difficult to measure manually. In this context, it is advisable to propose new clinical measurements that take into account the normal variability using statistical modeling of the anatomical structures of the retina. Such a statistical modeling approach helps us to better understand and identify what is normal and how the anatomy and its attributes vary across a healthy population. This makes it possible to identify the presence of pathologies using new clinical measurements constructed by taking into account the variability of the anatomy's attributes. Statistical modeling of the anatomical structures of the retina is difficult, however, given the morphological and topological variations of these structures. Morphological and topological changes in the retinal vascular network complicate its statistical analysis as well as the registration methods, segmentation and semantic representation applied to it. The research questions proposed in this thesis pertain to creating tools capable of analyzing the variability of the anatomical structures of the retina and proposing new clinical measures that take into account the normal variability of those structures. To answer these research questions, three research objectives are formulated.