Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD), a growing health concern, is the fourth leading cause of death in the United States. While people habituated to smoking constitute the highest COPD susceptible population, people exposed to air pollution or other lung irritants also form a major group of potential COPD patients. COPD is a progressive disease that is characterized by the combination of chronic bronchitis, small airway obstruction, and emphysema that causes an overall decrease in the lung elasticity affecting the lung tissue. The current gold standard method to diagnose COPD is by pulmonary function tests (PFT) which measures the extent of COPD based on the lung volumes and is further classified into five severity stages. PFT measurements are insensitive to early stages of COPD and also its lack of reproducibility makes it hard to rely on, in assessing the disease progression. Alternatively, Pulmonary CT scans are considered as a major diagnostic tool in analyzing the COPD and CT measures are also closely related to the pathological extent of the disease. Quantification of COPD using features derived from CT images has been proven effective. The most common features are density based and texture based. We propose a new set of features called lung biomechanical features which capture the regional lung tissue deformation patterns during the respiratory cycle. We have tested these features on 75 COPD subjects and 15 normal subjects. We have done classification of COPD/Non COPD on the dataset using the three feature sets and also performed the classification all these subjects to their corresponding severity stage. It is shown that the lung biomechanical features were also able to classify COPD subjects with a good AUC. It is also shown that, by combining the best features from each feature set, there is an improvement in the classifier performance. Multiple regression analysis is performed to find the correlation between the CT derived features and PFT measurements.

La bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) est une maladie essentiellement liée au tabagisme, caractérisée par une limitation du débit aérien secondaire à deux processus histologiques : l’emphysème pulmonaire (destruction du tissu alvéolaire) et l’atteinte des voies aériennes (remodelage pariétal et rétrécissement luminal). C’est une maladie hétérogène dans laquelle deux patients avec une même limitation du débit aérien peuvent avoir des proportions différentes d’emphysème pulmonaire et d’atteinte des voies aériennes. Le phénotypage par tomodensitométrie (TDM) de ces deux processus est cliniquement important car il permet de sélectionner et suivre certains traitements, et d’identifier des patients à risques accrus de morbidité et de mortalité. Cependant, alors que les mesures TDM d’emphysème pulmonaire sont bien établies, de nombreuses questions restent en suspens concernant les mesures TDM de l’atteinte des voies aériennes, constituant un frein à l’intégration de la TDM dans le traitement de la BPCO. Notre travail a consisté en quatre études originales investiguant quatre mesures TDM de voies aériennes de 3ème et 4éme générations, corrélées aux mesures histologiques des voies aériennes distales et aux mesures spirométriques. Une première étude a testé l’effet des exacerbations de BPCO sur ces mesures. Une deuxième étude a testé l’effet de la bronchodilatation sur ces mesures et a permis de calculer le nombre de voies aériennes à mesurer. Une troisième étude a comparé des variabilités de ces mesures avec celles des mesures spirométriques. Enfin, une quatrième étude a testé les effets de la capacité pulmonaire totale, du genre et de la taille sur ces mesures. Au terme de ces investigations, nous avons proposés deux mesures TDM appropriées pour mesurer les voies aériennes chez le patient BPCO: l’épaisseur pariétale des voies aériennes de 3ème génération et la racine carrée de la surface pariétale à un périmètre interne de 10 mm. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished