Méthode d’évaluation des reconstructions 3D de colonne vertébrale, issues d’images radiographiques bi-planaires

Bonhomme, Magali (2021). Méthode d’évaluation des reconstructions 3D de colonne vertébrale, issues d’images radiographiques bi-planaires. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les méthodes d’analyses d’images médicales permettent de réaliser des mesures sur des structures biologiques, directement ou par l’intermédiaire de détection des structures (segmentation et extraction d’objets 3D pour visualisation). Quel que soit le domaine d’application ou la modalité d’imagerie, de nombreux algorithmes automatiques sont développés pour améliorer la rapidité, la fiabilité et la précision de ces mesures. Il manque par ailleurs une standardisation des méthodes d’évaluations de cette fiabilité et de cette précision, encore plus lorsqu’il n’y a pas d’étalon or auquel se comparer. De plus, très souvent les objectifs cliniques derrière la tâche d’analyse d’image ne sont pas pris en compte pour l’évaluation de la performance. Lors de reconstructions 3D de colonne vertébrale pour l’évaluation de la gravité des scolioses par exemple, une erreur sur la mesure déterminant la décision de chirurgie du patient aura beaucoup plus d’impacts sur le patient qu’une erreur sur une mesure secondaire qui ne joue aucun rôle sur la décision chirurgicale. Dans les deux cas il existe des impacts pour le patient, mais avec une gravité différente qu’il faut être capable de discriminer pour mieux caractériser la performance de la méthode d’évaluation.

L’objectif de ce travail est de participer à améliorer les méthodes d’évaluations en l’absence d’étalon or en proposant une méthodologie de création de référence qui s’appuie sur l’expérience de terrain, et une méthodologie d’évaluation qui prenne en compte des critères cliniques qui permettent de nuancer les performances atteintes par une méthode automatique. La méthode d’évaluation propose d’inclure une méthodologie de production de référence à l’aide d’experts qui permet d’obtenir des intervalles de confiance de mesures plus fiables, en incluant des discussions entre les experts. La méthode d’évaluation inclut ces intervalles de confiance ainsi que de nouveaux critères cliniques inspirés des sociétés savantes liées à notre domaine d’application, l’analyse de la scoliose, et à notre modalité d’imagerie, les reconstructions 3D issues de radiographies bi-planaires avec le système EOS. La méthodologie mise en place est généralisable à d’autres domaines et d’autres modalités d’imagerie où les mêmes problématiques sont rencontrées.

Cette approche a été par la suite transférée à l’entreprise partenaire pour pouvoir conduire des évaluations sur les algorithmes automatiques de reconstructions 3D de colonne vertébrale pour les patients pédiatriques et les patients adultes présentant des déformations de la colonne.

Titre traduit

Evaluation method of 3d spine reconstructions obtained from biplanar radiographs

Résumé traduit

Medical image analysis methods allow measurements to be made on biological structures, either by direct measurements or through structures detection (segmentation and extraction of 3D objects for visualization). Regardless of the field of application or the imaging modality, many automatic algorithms are developed to improve the reliability and accuracy of these measurements. On the other hand, there is a lack of standardization of methods for assessing this reliability and accuracy, even more so when there is no gold standard reference to compare. In addition, the clinical goals behind the image analysis task are often not considered for performance evaluation, and therefore there is no hierarchical information between errors. For example, for 3D reconstructions of the scoliotic spine, an error on a measure which determines the surgical decision for the patient would have more impact than an error on a secondary measure that does not interfere with the surgical decision.

The objective of this work is to participate in improving the evaluation methods in the absence of a gold standard by proposing a reference construction methodology based on field experience, and an evaluation methodology that considers the clinical criteria that allow to qualify the performance achieved by an automatic method. The proposed evaluation approach allows for the inclusion of a methodology for reference with the help of experts that allows for more reliable measurement confidence intervals on images, including discussions between experts. The evaluation method includes these confidence intervals as well as new clinical criteria inspired by dedicated research and medical societies related to our field of application, the analysis of scoliosis, and our imaging modality, 3D reconstructions from two-plane X-rays with the EOS system. The methodology put in place is generalizable to other areas and other imaging modalities where the same problems would be encountered.

This method was subsequently transferred to the partner company to be able to conduct evaluations on automatic 3D spinal reconstruction algorithms for pediatric patients and adult patients with spinal deformities.

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 concentration technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 103-107).
Mots-clés libres:	réalité terrain, intervalles de confiance, méthode d’évaluation, reconstructions 3D de colonne vertébrale
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse de Guise, Jacques A.
Codirecteur:	Codirecteur Vázquez, Carlos
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	01 avr. 2022 17:49
Dernière modification:	02 nov. 2022 13:54
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2943

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