Extraction et interprétation robustes des réseaux vasculaires dans les images biomédicales hépatiques – R-VESSEL-X

Les maladies cardiovasculaires et autres désordres des vaisseaux augmentent dans le monde, et en particulier en Occident. L'évolution de l'informatique dans les recherches sur les réseaux vasculaires a révélé l'intérêt dans la reconstruction et l'interprétation numériques de ces structures arborescentes complexes. Le projet R-VESSEL-X (Extraction et interprétation robustes des réseaux vasculaires dans les images biomédicales hépatiques) propose des développements originaux et robustes d'algorithmes d'analyse d'images et d'intelligence artificielle, intégrant des fondements mathématiques forts, e.g. la géométrie et la topologie digitales, la morphologie mathématique ou les graphes pour reconstruire les vaisseaux du foie de manière efficace, et même au delà du contenu des images médicales. Les work packages (WPs) du projet assurent ces apports méthodologiques avec les WP1 et WP2 visant respectivement à étudier le rehaussement vasculaire et la segmentation interactive des vaisseaux, tandis que le WP3 est voué à la reconstruction des réseaux vasculaires en intégrant des approches d'apprentissage profond (ou deep learning). Les lignes centrales (ou squelettes) des vaisseaux seront des structures de données spatiales importantes et transversales, employées dans ces trois packages. Un autre objectif de R-VESSEL-X est de diffuser les travaux de recherche d'une façon ouverte, avec des plug-ins compatibles avec les librairies ITK (Insight ToolKit) et VTK (Visualization ToolKit), largement popularisées par l'entreprise KITWARE. Ce projet inclura aussi des bases de tests composées d'images, de vérités terrain et de mesures de qualité, afin que chercheurs et ingénieurs puissent évaluer leurs nouveaux algorithmes. Tous les développements seront pilotés et validés avec l'aide de docteurs activement engagés dans une recherche inter-disciplinaire entre informatique et santé. Le WP4 (transfert technologique et dissémination) et le WP5 (validation) aborderont ces différentes problématiques du projet. Le consortium de R-VESSEL-X est composé des laboratoires suivants : Institut Pascal (coordinateur, pilote WP3/WP5, Clermont-Ferrand), LORIA (pilote WP1, Nancy) et CReSTIC (pilote WP2, Reims), travaillant ensemble avec l'entreprise KITWARE (pilote WP4, Lyon). C'est un groupe très pluridisciplinaire fédérant des chercheurs de domaines proches de l'informatique (traitement d'images biomédicales, intelligence artificielle, simulation et analyse numériques), des mathématiques appliquées (géométrie et topologie digitales, morphologie mathématique), en coopération avec des médecins (radiologues, hépatologue) et des jeunes chercheurs et développeurs recrutés pour le projet (2 doctorants, 2 ingénieurs, 4 étudiants niveau Master). R-VESSEL-X est principalement destiné à la modalité IRM (Imagerie par Résonance Magnétique), qui a suscité beaucoup d'attention en routine clinique, puisque c'est un système d'acquisition non-irradiant, qui permet de meilleurs diagnostics et suivis pour les tissus cancéreux, surtout lorsqu'il y a rehaussement de contraste. Une autre nouveauté est d'utiliser des systèmes d'imagerie microscopique (micro-IRM, micro-ARM ou angiographie, synchrotron) pour apporter des connaissances anatomiques des foies de rongeurs vers l'extraction de vaisseaux hépatiques humains. Enfin, la robustesse des algorithmes d'analyse d'images sera mesurée par une approche originale, fondée sur les résultats obtenus par la simulation numérique par éléments finis du flux sanguin du parenchyme hépatique, dans la continuité de travaux antérieurs. R-VESSEL-X permettra, à long terme, de connecter les réseaux vasculaires fins aux tumeurs hépatiques cancéreuses, en guise d'outil d'aide à la décision pour des activités cliniques diverses (biopsie et traitements tels que chirurgie, embolisation, etc.) et le diagnostic (précoce) de cancers agressifs et en particulier le CHC (Carcinome Hépato-Cellulaire).