Analyse du corps calleux de survivants de la leucémie aiguë lymphoblastique pédiatrique à partir d'imagerie par résonance magnétique du cerveau

Beaumont, Sylvain (2017). Analyse du corps calleux de survivants de la leucémie aiguë lymphoblastique pédiatrique à partir d'imagerie par résonance magnétique du cerveau. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Quoique la leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) soit le cancer pédiatrique le plus frequent en Amérique du Nord, les efforts en recherche ont permis d’atteindre un taux de survie après 5 ans de plus de 85 % aujourd’hui. Cependant, les traitements de la LAL peuvent laisser des séquelles à long terme à plusieurs niveaux chez l’enfant, dont des déficits neurocognitifs. Ces déficits sont influencés par trois facteurs de risque, soit le sexe, l’âge au diagnostic et le type de traitement. Puisque le corps calleux est le plus gros faisceau de substance blanche et que sa fonction principale est d’assurer la communication entre les deux hémisphères du cerveau, des dommages permanents dans celui-ci pourraient diminuer sa performance et participer aux déficits observés. Ce mémoire a donc pour but de déterminer s’il existe des séquelles à long terme dans le corps calleux chez les survivants de la LAL, de valider si celles-ci peuvent avoir un lien avec les déficits neurocognitifs observés, et d’évaluer s’il existe un lien entre les séquelles observées et les facteurs de risque de la LAL.

La méthodologie utilisée par ce mémoire est basée sur l’analyse du corps calleux à partir de séquences d’images acquises par transfert d’aimantation (MTR) chez des survivants de la LAL et des personnes sans antécédent de cancer. Une méthode est développée afin d’extraire semi-automatiquement les données MTR du corps calleux des participants de l’étude. Une approche basée sur l’utilisation de l’écart-type ensuite est proposée afin d’affiner les moyennes de MTR calculées à partir de corps calleux contenant de légères erreurs de segmentation. Des analyses statistiques sont effectuées à partir des moyennes et des histogrammes de MTR en combinant différentes variables cliniques aux tests statistiques. Finalement, une méthode de classification est proposée afin de classifier automatiquement certaines variables cliniques à partir des données MTR du corps calleux. Cette classification est effectuée à l’aide de forêts aléatoires entraînées à partir d’histogrammes et de caractéristiques de texture générés avec des données du corps calleux.

Les analyses statistiques ont révélé des intensités de MTR moins élevées chez les survivants de la LAL, principalement chez les femmes et chez les survivants diagnostiqués à 5 ans ou moins. Les analyses révèlent aussi des corrélations négatives entre le MTR et les doses d’agents utilisés en chimiothérapie, ainsi que des corrélations positives entre le MTR et certains indices de performance cognitive, dont la mémoire de travail chez les femmes. Finalement, des résultats prometteurs sont obtenus lors de la classification automatique des données MTR du corps calleux selon le groupe de participant, les doses de methotrexate reçues et le QI global.

En conclusion, les résultats obtenus suggèrent une atteinte à la myéline dans le corps calleux chez les survivants de la LAL, en particulier chez les femmes et tous ceux qui ont été diagnostiqués à 5 ans ou moins. Ils suggèrent aussi que les traitements de chimiothérapie par voie intrathécale sont neurotoxiques et contribuent à laisser des séquelles dans le corps calleux. Finalement, les résultats laissent croire que la qualité de la substance blanche du cerveau, dont le corps calleux, a un impact direct sur la performance de certaines fonctions cognitives chez les survivants et dans la population en général.

Titre traduit

Corpus callosum analysis in childhood acute lymphoblastic leukemia survivors with brain magnetic resonance imaging

Résumé traduit

Although acute lymphoblastic leukemia (ALL) is the most common pediatric cancer in North America, research efforts have resulted in a five-year survival rate of more than 85% today. However, ALL treatments can leave long-term sequelae at many levels in children, including neurocognitive deficits. These decifits are also influenced by three risk factors: sex, age at diagnosis and type of treatment. Since the corpus callosum is the largest bundle of white matter and its main function is to ensure communication between the two hemispheres of the brain, permanent damages in its microstructure may reduce its performance and contribute to the observed deficits. The purpose of this thesis is to determine whether there are long-term sequelae in the corpus callosum in ALL survivors, to validate whether these sequelae are related to the observed neurocognitive deficits, and to evaluate if there is a link between the sequelae observed and the risk factors in ALL survivors.

The methodology used in this paper is based on the analysis of the corpus callosum from magnetization transfer (MTR) image sequences in ALL survivors and people without a history of cancer. A semi-automated method is developed to extract the MTR data from the corpus callosum of the study participants. An approach based on the use of the standard deviation is then proposed in order to refine MTR averages calculated from corpus callosum containing slight segmentation errors. Statistical analyses are carried out using the mean and histograms of MTR by combining different clinical variables with statistical tests. Finally, a classification method is proposed to automatically classify some clinical variables from the MTR data of the corpus callosum. The classification is performed using random forests trained from histograms and texture characteristics generated using corpus callosum data.

Statistical analyses revealed lower MTR intensities in ALL survivors, mainly in women and in survivors diagnosed at 5 years old or younger. These also revealed negative correlations between MTR and cumulated doses of agents used in chemotherapy, as well as positive correlations between MTR and some cognitive performance indices, including working memory in women. Finally, promising results are obtained in the automatic classification of MTR data of the corpus callosum according to the participant group, methotrexate doses received and the global IQ.

In conclusion, the results obtained suggest myelin sequelae in the corpus callosum in ALL survivors, particularly in women and all those diagnosed at 5 years old or younger. They also suggest that intrathecal chemotherapy treatments are neurotoxic and might cause sequelae in the corpus callosum. Finally, these results also suggest that the quality of the brain's white matter, including the corpus callosum, has a direct impact on the performance of some cognitive functions in survivors and in the general population.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie logiciel". Bibliographie : pages 145-159.
Mots-clés libres:	Leucémie aiguë lymphoblastique chez l'enfant Complications et séquelles. Corps calleux Maladie Complications et séquelles. Cerveau Imagerie par résonance magnétique. Analyse d'images. Traitement d'images Techniques numériques. Segmentation d'image. Analyse des moyennes (Statistique mathématique) Statistique Tableaux, graphiques, etc. Forêts d'arbres décisionnels. Myéline. aimantation, classification, tranfert, MTR, chimiothérapie, déficits neurocognitifs, classification, forêts aléatoires, GLCM
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Duong, Luc
Codirecteur:	Codirecteur Lippé, Sarah
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	18 juin 2018 13:37
Dernière modification:	18 juin 2018 13:37
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2056

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