Modélisation statistique des structures anatomiques de la rétine à partir d'images de fond d'oeil

L’examen non-invasif du fond d’oeil permet d’identifier sur la retine les signes de nombreuses pathologies oculaires qui developpent de graves symptomes pour le patient pouvant entrainer la cecite. Le reseau vasculaire retinien peut de surcroit presenter des signes precurseurs de pathologies cardiovasculaires et cerebro-vasculaires. La retine, ou apparaissent ces pathologies, est constituee de plusieurs structures anatomiques dont la variabilite est importante au sein d’une population saine. Pour autant, les evaluations cliniques actuelles ne prennent pas en compte cette variabilite ce qui ne permet pas de detecter precocement ces pathologies. Ces evaluations se basent sur un ensemble restreint de mesures prelevees a partir de structures dont la segmentation manuelle est realisable par les experts. De plus, elles sont basees sur un seuillage empirique determine par les cliniciens et applique sur chacune des mesures afin d’etablir un diagnostic. Ainsi, les evaluations cliniques actuelles sont affectees par la grande variabilite des structures anatomiques de la retine au sein de la population et elles n’evaluent pas les anomalies trop difficiles a mesurer manuellement. Dans ce contexte, il convient de proposer de nouvelles mesures cliniques qui tiennent compte de la variabilite normale a l’aide d’une modelisation statistique des structures anatomiques de la retine. Cette modelisation statistique permet de mieux comprendre et identifier ce qui est normal et comment l’anatomie et ses attributs varient au sein d’une population saine. Cela permet ainsi d’identifier la presence de pathologies a l’aide de nouvelles mesures cliniques construites en tenant compte de la variabilite des attributs de l’anatomie. La modelisation statistique des structures anatomiques de la retine est cependant difficile etant donne les variations morphologiques et topologiques de ces structures. Les changements morphologiques et topologiques du reseau vasculaire retinien compliquent son analyse statistique ainsi que les outils de recalage, de segmentation et de representation semantique s’y appliquant. Les questions de recherches adressees dans cette these sont la production d’outils capables d’analyser la variabilite des structures anatomiques de la retine et l’elaboration de nouvelles mesures cliniques tenant compte de la variabilite normale de ces structures. Pour repondre a ces questions de recherche, trois objectifs de recherche sont formules. ----------ABSTRACT: Non-invasive retinal fundus examination allows clinicians to identify signs of many ocular conditions that develop critical symptoms affecting the patient and even leading to blindness. In addition, the retinal vascular network may present early signs of cardiovascular and cerebrovascular diseases. The retina, where these pathologies appear, is composed of several anatomical structures whose variability is considerable within a healthy population. Yet, current clinical evaluations do not take into account this variability, and this does not allow early detection of these pathologies. These evaluations are based on a limited set of measurements taken from structures whose manual segmentation is achievable by the experts. In addition, they are based on empirical thresholding determined by the clinicians and applied to each of the measurements to establish a diagnosis. Thus, current clinical assessments are affected by the large variability of anatomical structures of the retina within a healthy population and do not evaluate abnormalities that are too difficult to measure manually. In this context, it is advisable to propose new clinical measurements that take into account the normal variability using statistical modeling of the anatomical structures of the retina. Such a statistical modeling approach helps us to better understand and identify what is normal and how the anatomy and its attributes vary across a healthy population. This makes it possible to identify the presence of pathologies using new clinical measurements constructed by taking into account the variability of the anatomy’s attributes. Statistical modeling of the anatomical structures of the retina is difficult, however, given the morphological and topological variations of these structures. Morphological and topological changes in the retinal vascular network complicate its statistical analysis as well as the registration methods, segmentation and semantic representation applied to it. The research questions proposed in this thesis pertain to creating tools capable of analyzing the variability of the anatomical structures of the retina and proposing new clinical measures that take into account the normal variability of those structures. To answer these research questions, three research objectives are formulated.