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Analyse des images échographiques du tendon équin

Meghoufel, Ali (2011). Analyse des images échographiques du tendon équin. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les articulations du cheval de sport de haut niveau sont très sollicitées, ce qui peut entraîner de multiples tendinopathies telles que la déchirure ou la rupture du Tendon Fléchisseur Superficiel du Doigt (SDFT). L’imagerie par échographie, peu coûteuse, non invasive et propice à l’exploration de la structure interne du SDFT est régulièrement utilisée pour évaluer l’intégrité du tendon. Cependant, le pronostic fonctionnel sur l’état des tendons à partir des examens cliniques est souvent difficile à poser. Cette difficulté résulte du manque d’information a priori des structures visibles sur les images échographiques cliniques qui peut entraîner une interprétation subjective ou erronée sur l’état du tendon. Une autre difficulté est le manque d’outils en imagerie pour supporter les vétérinaires dans leur prise de décision.

Dans cette recherche, nous nous intéressons à développer une méthode d’analyse pour évaluer objectivement la structure interne des SDFTs à partir des examens cliniques. Deux axes de recherche sont privilégiés :

− La simulation, dans des conditions réalistes, de la propagation des ondes ultrasonores à travers la structure tendineuse, dans le but de reproduire l’aspect général clinique des images échographiques. Les résultats de la simulation nous aideront à déduire l’information sur le contenu structural observé sur les images cliniques des tendons sains et lésés. Cette information servira ensuite à :

− L’élaboration de méthodes de segmentation de la structure interne et de la quantification de la densité des faisceaux fibreux des tendons SDFTs à partir des examens cliniques. La simulation nous a permis de noter d’une manière objective que les structures hyperéchogènes observées sur les échographies des tendons normaux sont les résultats de la rétrodiffusion des ondes ultrasonores sur les interstices qui entourent les faisceaux fibreux.

Les interstices qui génèrent les structures hyperéchogènes à une fréquence de 7,5 MHz sont ceux qui ont des épaisseurs supérieures à la longueur d’onde acoustique λ (~256 μm) selon l’axe de propagation des ondes ultrasonores. Les méthodes de segmentation utilisées se résument en deux approches principales : une première méthode est dédiée exclusivement à la segmentation des échographies du SDFT et combine une méthode de décompression logarithmique et des opérations morphologiques. Une deuxième approche, plus générale, est dédiée à la segmentation des échographies et des macrophotographies du SDFT. Elle se base essentiellement sur un nouvel algorithme d’amincissement morphologique.

La quantification de la structure interne des tendons SDFT a permis de discerner objectivement les tendons normaux des lésés. L’analyse statistique sur la densité des faisceaux fibreux, évaluée à partir des examens cliniques sur des sites préférentiels des SDFTs normaux a montré une faible densité sur le site distal. Cette analyse a été corroborée par l’application de la même approche de segmentation et de quantification sur une base de données d’images macrophotographiques des SDFTs. Cela peut traduire une faiblesse en traction mécanique du site distal et expliquer la fréquence élevée des blessures sur ce site. Ces résultats pourront éventuellement être adaptés à l’étude des tendons et des ligaments chez l’humain.

Titre traduit

Ultrasound B-scan image analysis of the equine tendon

Résumé traduit

The articulations of the horse of competition are very solicited, which may result in multiple tendinopathies such as tearing or rupture of the Superficial Digital Flexor Tendon (SDFT). Ultrasound imaging, inexpensive, non-invasive and conducive to explore the internal structure of the tendon is regularly used to assess the integrity of the SDFT. However, the functional prognosis on the state of the SDFTs from the clinical B-scan images is often difficult. This difficulty results from the lack of prior information of the observed structures on the B-scan images, which can lead to subjective interpretation or incorrect statement on the integrity of the tendon. The absence of imaging tools also limits veterinarians in their clinical decision.

In this research, we focus on developing an analytical method to objectively assess the internal structure of the SDFTs from clinical B-scan images. Two axes of research are chosen:

− A simulation, under realistic conditions, of the propagation of ultrasonic waves through the tendon structure in order to reproduce the clinical appearance of the clinical ultrasound B-scan images. The simulation results helped us to deduce information about the structural content observed in the clinical images of normal and injured SDFTs. This information was then used for:

− A segmentation of the internal structure and quantification of the fiber fascicle bundle densities of the SDFTs from clinical ultrasound B-scan images.

The simulation allowed us to note objectively that the hyperechoic structures observed on Bscans of normal SDFTs are the results of reflection and scattering of the ultrasonic waves at the interfascicular spaces that surround fiber bundles. The interfascicular spaces that generate hyperechoic structures at a frequency of 7.5 MHz are those which have thicknesses greater than the acoustic wavelength λ (~ 256 μm) along the axis of the ultrasonic wave propagation. The segmentation method used can be summarized into two main approaches: the first approach is dedicated exclusively to the SDFT B-scans and it combines the logarithmic decompression and morphological operations. A second approach, more general, is used to segment SDFT B-scans and macro-photographic images. This later is based on a new morphological thinning algorithm.

Quantification of the internal structure of SDFTs discriminated objectively normal from injured SDFTs. Statistical analysis on the fiber fascicle bundle densities over the preferential sites of SDFTs showed a low density at the distal site. This analysis was corroborated by applying the same segmentation and quantification approaches on a macro-photographic image dataset of SDFTs. This structural observation may reflect the weaknesses of the mechanical strength of the distal site and its predominance for injuries. In conclusion, these results could possibly be adapted to the study of human tendons and ligaments.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention d'un doctorat en génie" Bibliogr. : f. [199]-213.
Mots-clés libres: Échographie. Échographie vétérinaire. Ultrasons Méthodes de simulation. Analyse d'images. Imagerie tridimentionnelle en biologie. Imagerie tridimentionnelle en médecine. Fléchisseurs. Ligaments. Articulations. Chevaux Anatomie. Chevaux Lésions et blessures. Tomographie vétérinaire. 2D, Faisceau, Fibreux, Interne, SDFT, Segmentation, Simulation, Structure Tendon équin
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
De Guise, Jacques A.
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Cloutier, Guy
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 19 juill. 2011 20:34
Dernière modification: 27 févr. 2017 21:08
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/889

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