Soutenance mémoire
Il est banal de souligner que les modalités d’imagerie médicale sont non seulement très performantes mais aussi encore en pleine évolution. Il est vrai que le chemin parcouru en un peu plus d’un siècle est impressionnant. De la première image de la main par rayon X, permettant de voir les os, à la tomodensitométrie multidétecteurs offrant l’accès au volume des organes en quelques secondes, de l’imagerie morphologique (Scanner X ou CT, IRM) renseignant sur les structures et les formes à l’imagerie fonctionnelle (TEP, IRM) caractérisant la physiologie et les mécanismes dynamiques éventuellement anormaux sous-jacents, les ressources diagnostiques se sont vues considérablement améliorées et diversifiées. L’optique, cantonnée au visible et essentiellement à des applications surfaciques, trouve une place aujourd’hui notable en s’appuyant sur des processus de reconstruction tomographique jusqu’alors réservés aux modalités majeures (c’est le cas par exemple avec l’OCT, Optical Computed Tomography, pour l’exploration 3D de l’œil). Ce mouvement ne s’arrêtera pas de si tôt, la meilleure preuve en étant les promesses apportées récemment par l’imagerie moléculaire.
Les ultrasons ne sont pas en reste. Ils offrent des outils de faible coût, facilement transportables et autonomes avec des qualités spécifiques majeures : diversité des utilisations (externe, intravasculaire), des mesures variées (échographie mode B, Doppler couleur et spectral, élastographie) et des cibles anatomiques très larges. Ils représentent d’ailleurs une large part du marché. A titre d’exemple, le marché européen en imagerie cardiaque a un taux de croissance constant de 7% par an et a généré 528 millions de dollars en 2005. L’échographie a occupé la moitié de ce marché, devant l’IRM à 37%, le scanner ne prenant que 11%. Les ultrasons font aussi l’objet d’innovations constantes à la fois en allant d’une part vers de très hautes résolutions spatiales (de l’ordre de quelques centièmes de millimètres) et, d’autre part, vers de très hautes résolutions temporelles (quelques milliers d’images par seconde).
Un autre volet joue un rôle fondamental dans le développement de l’imagerie : la thérapie. Les interventions guidées par l’image comme la robotique médicale prennent une place grandissante. La description, inspirée de la robotique industrielle, des trois paradigmes « perception-décision-action », s’applique parfaitement dans ce cadre. Sa mise en œuvre en médecine suppose le plus souvent des recalages complexes entre données préopératoires (diagnostic mais aussi planning d’intervention), données per-opératoires (réalisation de gestes chirurgicaux) et postopératoires (pour la vérification du résultat) dans la mesure où les organes visés bougent ou se déforment. Plusieurs solutions sont envisageables pour limiter ces difficultés : disposer d’une modalité d’imagerie adaptée aux interventions (c’est le cas de l’IRM dite interventionnelle), ou coupler directement détecteur et effecteur.
La prostate
Anatomie et environnement
La prostate, glande du système reproducteur masculin, se situe sous la vessie, en avant du rectum et en arrière de la symphyse pubienne . Ses dimensions sont estimées chez le jeune adulte à 3 cm de haut, 4 cm de large et 2 à 3 cm de profondeur. Elle entoure ainsi sur 3 à 4 cm l’urètre, canal par lequel l’urine est évacuée de la vessie . L’urètre prostatique est composé de deux segments de longueur équivalente formant approximativement un angle de 35 °au niveau du veru montanum. On y trouve donc de part et d’autre le segment proximal (ou urètre sus montanal) et le segment distal (ou urètre sous-montanal). Deux sphincters étroitement intriqués avec la prostate assurent une bonne continence. A la base, partie supérieure de la glande accolée à la vessie, se trouve le sphincter préprostatique, qui à partir du col vésical, descend jusqu’au veru montanum en entourant le segment proximal. Le sphincter strié est quant à lui à l’apex, c’est à dire sur la partie inférieure.
Reliées à la prostate sur la partie postérieure de la vessie, reposent les vésicules séminales. Ces deux glandes de forme allongée et irrégulière, mesurent environ 5 à 7 cm de long. Les canaux déférents qui s’étendent sur 40 cm à partir de l’épididyme se dilatent à leur extrémité pour former les ampoules déférentielles. Celles-ci fusionnent avec la partie interne des vésicules séminales pour se poursuivre par les canaux éjaculateurs. Ces canaux, contenus dans la prostate sur 2 cm se raccordent finalement à l’urètre au niveau du veru montanum. En avant de la prostate, la séparation avec la symphyse pubienne est constituée de graisse, de structures vasculaires veineuses et de quelques éléments fibreux. Ces derniers se condensent pour former les ligaments pubo-prostatiques, importants à préserver pour le maintien de la continence. Enfin, de chaque côté de la prostate cheminent les bandelettes neuro-vasculaires dans lesquelles sont contenus des nerfs impliqués dans la physiologie de l’érection.
L’anatomie zonale de la prostate, qui s’articule autour de l’anatomie de l’urètre, reconnaît une zone fibromusculaire et quatre zones glandulaires . Le stroma fibromusculaire antérieur occupe 30 % de la prostate et s’étend des fibres musculaires du col vésical au sphincter strié. Le reste de la prostate est constitué des zones glandulaires centrale, péri-urétrale, de transition et périphérique. La zone centrale représente environ 20 à 25 % du tissu glandulaire chez un jeune adulte. Elle entoure les canaux éjaculateurs sous la forme d’un cône dont le sommet se situe au veru montanum. Cette zone sera progressivement comprimée par le développement de la zone de transition. Les glandes péri-urétrales, qui constituent moins de 1 % de la prostate, se situent sur la paroi musculaire de l’urètre sus-montanal. Les deux lobes latéraux constituant la zone de transition entourent le segment proximal de l’urètre et représentent 5 % de la masse glandulaire. Enfin, la zone périphérique est la plus conséquente avec une proportion de 70 % du tissu glandulaire prostatique. Elle entoure les trois zones glandulaires précédemment décrites au niveau sus montanal et reste donc la seule zone glandulaire au niveau sous-montanal où elle recouvre le segment distal. La prostate est finalement entourée d’une capsule de 2 à 3 mm d’épaisseur. Elle s’épaissit en avant formant le stroma fibro-musculaire antérieur et s’amincit en arrière. La capsule se distingue faiblement de l’environnement conjonctivo-graisseux ainsi que de la partie interne de la glande. Elle peut s’effacer totalement au niveau de l’apex laissant la glande directement en contact avec la graisse.
Physiologie
La prostate est une glande génitale qui intervient dans l’élaboration du sperme. En plus des spermatozoïdes d’origine testiculaire viennent s’ajouter diverses sécrétions provenant essentiellement des ampoules déférentielles, des vésicules séminales et de la prostate. Les cellules glandulaires de cette dernière produisent continuellement le liquide prostatique qui intervient dans l’activation des spermatozoïdes. Ce liquide est composé de nombreuses enzymes dont le PSA (Antigène Spécifique de la Prostate) qui participe à la liquéfaction du sperme. Durant la première phase de l’éjaculation, les contractions de la musculature lisse de la prostate associées à celles de l’épididyme, du canal déférent et du canal éjaculateur aboutissent à l’accumulation dans l’urètre prostatique des différents constituant du sperme entraînant sa dilatation progressive pendant quelques secondes. La contraction de la prostate déclenche finalement l’éjaculation antégrade en déversant le sperme dans l’urètre par de petits conduits .
Le cancer de la prostate
Epidémiologie
Le cancer de la prostate est le plus fréquent chez l’homme et représente près d’un nouveau cas de cancer sur 4, soit un taux d’incidence de 193 nouveaux cas pour 100000 hommes. C’est également l’un des plus mortels après le cancer des poumons . Cependant, celui-ci se développe le plus souvent après 50 ans et évolue lentement. L’American Cancer Society (ACS) estime qu’un homme sur 6 aura un cancer de la prostate dans sa vie mais qu’un homme sur 35 en mourra. Les taux de survie sont donc relativement bons avec des valeurs de 100% à 5 ans, de 93% à 10 ans et de 79% à 15 ans, et ont, de plus, de grande chance d’être meilleurs pour un homme diagnostiqué de nos jours.
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Table des matières
Introduction
1 Cancer de la prostate, du diagnostic à la thérapie guidée par l’image
1.1 La prostate
1.1.1 Anatomie et environnement
1.1.2 Physiologie
1.1.3 Le cancer de la prostate
1.1.3.1 Epidémiologie
1.1.3.2 Evolution du cancer
1.2 Détection et diagnostic
1.3 Les thérapies et le suivi post-thérapie
1.3.1 Les approches actuelles
1.3.2 Les ultrasons
1.3.3 Les perspectives ouvertes par les thérapies guidées par l’image
1.4 Conclusion
2 Position générale et particulière du problème en HIFU
2.1 HIFU : les générations à venir
2.2 La segmentation
2.3 Dosimétrie dynamique
2.3.1 Dose thermique
2.3.2 Problème direct
2.3.3 Problème inverse
2.4 Positionnemment de la segmentation de la prostate
3 Bases de données et tests préliminaires
3.1 Délinéation manuelle
3.2 Bases de données
3.3 Forme de la prostate
3.4 Tests préliminaires
3.5 Moyenne et écart-type
3.5.1 Couronnes
3.5.2 Histogrammes
3.6 Gradient
4 Etat de l’art
4.1 Méthodes basées contours
4.1.1 Détecteurs de bords et connexité
4.1.2 Suivi
4.2 Approches basées régions
4.2.1 Classification de texture
4.2.2 Croissance de région
4.2.3 Apprentissage par renforcement
4.3 Modèle Déformable
4.3.1 Méthodes sans apprentissage
4.3.1.1 Modèle de Contour Actif
4.3.1.2 Level sets
4.3.1.3 Contour Dynamique Discret
4.3.2 Modèles statistiques et paramétriques de forme
4.3.2.1 Modèles statistiques
4.3.2.2 Modèle paramétrique de forme
4.4 Conclusion
Conclusion
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