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Cette recherche vise à développer un système de diagnostic assisté par ordinateur pour la détection automatique et la classification des pathologies du parenchyme pulmonaire telles que les pneumonies interstitielles idiopathiques et l'emphysème, en tomodensitométrie multicoupe. L’approche proposée repose sur morphologie mathématique 3-D, analyse de texture et logique floue, et peut être divisée en quatre étapes : (1) un schéma de décomposition multi-résolution basé sur un filtre 3-D morphologique exploitée pour discriminer les régions pulmonaires selon différentes échelles d’analyse. (2) Un partitionnement spatial supplémentaire du poumon basé sur la texture du tissu pulmonaire a été introduit afin de renforcer la séparation spatiale entre les motifs extraits au même niveau résolution dans la pyramide de décomposition. Puis, (3) une structure d'arbre hiérarchique a été construite pour décrire la relation d’adjacence entre les motifs à différents niveaux de résolution, et pour chaque motif, six fonctions d'appartenance floue ont été établies pour attribuer une probabilité d'association avec un tissu normal ou une cible pathologique. Enfin, (4) une étape de décision exploite les classifications par la logique floue afin de sélectionner la classe cible de chaque motif du poumon parmi les catégories suivantes : normal, emphysème, fibrose/rayon de miel, et verre dépoli. La validation expérimentale du système développé a permis de définir des spécifications relatives aux valeurs recommandées pour le nombre de niveaux de résolution NRL = 12, et le protocole d'acquisition comportant le noyau de reconstruction “LUNG” / ”BONPLUS” et des collimations fines (1.25 mm ou moins). Elle souligne aussi la difficulté d'évaluer quantitativement la performance de l'approche proposée en l'absence d'une vérité terrain, notamment une évaluation volumétrique, la sélection large des bords de la pathologie, et la distinction entre la fibrose et les structures (vasculaires) de haute densité / This research aims at developing a computer-aided diagnosis (CAD) system for fully automatic detection and classification of pathological lung parenchyma patterns in idiopathic interstitial pneumonias (IIP) and emphysema using multi-detector computed tomography (MDCT). The proposed CAD system is based on 3-D mathematical morphology, texture and fuzzy logic analysis, and can be divided into four stages: (1) a multi-resolution decomposition scheme based on a 3-D morphological filter was exploited to discriminate the lung region patterns at different analysis scales. (2) An additional spatial lung partitioning based on the lung tissue texture was introduced to reinforce the spatial separation between patterns extracted at the same resolution level in the decomposition pyramid. Then, (3) a hierarchic tree structure was exploited to describe the relationship between patterns at different resolution levels, and for each pattern, six fuzzy membership functions were established for assigning a probability of association with a normal tissue or a pathological target. Finally, (4) a decision step exploiting the fuzzy-logic assignments selects the target class of each lung pattern among the following categories: normal (N), emphysema (EM), fibrosis/honeycombing (FHC), and ground glass (GDG). The experimental validation of the developed CAD system allowed defining some specifications related with the recommendation values for the number of the resolution levels NRL = 12, and the CT acquisition protocol including the “LUNG” / ”BONPLUS” reconstruction kernel and thin collimations (1.25 mm or less). It also stresses out the difficulty to quantitatively assess the performance of the proposed approach in the absence of a ground truth, such as a volumetric assessment, large margin selection, and distinguishability between fibrosis and high-density (vascular) regions

Introduction : Les pneumopathies interstitielles diffuses (PID), incluant les fibroses pulmonaires idiopathiques (FPI), sont des pathologies rares et sévères. Dans moins de 20% des cas, un défaut moléculaire d'un gène du complexe des télomérases ou du surfactant est identifié. L'objectif de ce travail a été de documenter, dans une cohorte de patients pédiatriques et adultes présentant une PID sans cause identifiée, des variations des gènes codant les protéines du surfactant (SP), en particulier SP-A1, SP-A2 et SP-D. Méthodes : Les gènes SFTPA1, SFTPA2 et SFTPD, ont été séquencés et les variations identifiées ont été étudiées par des analyses fonctionnelles et tissulaires. Résultats : Dans une cohorte de 345 patients, une mutation hétérozygote du gène SFTPA1 (p.Trp211Arg) a été identifiée dans une large famille. Les patients présentaient des PID de l'enfant et des PID/FPI l'adulte, associées pour certains à des adénocarcinomes pulmonaires. La mutation W211R concernait un acide aminé invariant au cours de l'évolution et altérait la sécrétion de SP-A1 et l'expression tissulaire de SP-A. Cinq nouvelles variations de SFTPA2 ont aussi été identifiées. Au total, une variation de l'un des gènes du complexe du surfactant a été retrouvée pour 7,5% des patients. Conclusion : Cette étude a permis d'impliquer pour la première fois le gène SFTPA1 dans les PID de l'enfant et de l'adulte. L'association entre les mutations de SFTPA1 et SFTPA2 et un risque plus élevé de cancers pulmonaire soulève la question d'un conseil génétique complexe, et ouvre des hypothèses physiopathologiques nouvelles ciblant, entre autres, les anomalies de prolifération et de réparation de la surface alvéolaire. / Background: Idiopathic interstitial pneumonias (IIP) comprise a heterogeneous group of rare lung parenchyma disorders with high morbidity and mortality. In adults, the most common form of IIP is idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). A genetic cause is identified in up to 20% of cases, telomerase and surfactant genes mutations being the first etiologies. This study aims to investigate the implication of the genes encoding the surfactant protein (SP), in particular SP-A1, SP-A2, and SP-D, in pediatric and adult patients with unexplained IIP.Methods: Surfactant genes, in particular SFTPA1, SFTPA2 and SFTPD, were sequenced. New variations were studied with functional and tissues experimentations. Results: The study involved 345 patients. A heterozygous missense mutation (p.Trp211Arg) in SFTPA1 was identified in a large family. The IIP were isolated or associated with an adenocarcinoma of the lung in patients with IPF. The W211R mutation involves an amino-acid that is invariant throughout evolution, impairs SP-A1 secretion, and is associated with an abnormal tissue expression of SP-A. Five new SFTPA2 mutations were also identified, and all together, a surfactant gene variation was described for 7.5% of the patients.Conclusion: This study has involved for the first time SFTPA1 in pediatric and adult IIP. The association of SFTPA1 and SFTPA2 mutations with an increased risk of lung cancer raises the issue of a complex genetic counseling in the involved families. It also brings out new pathophysiologic hypothesis such as aberrant proliferation and epithelial repair of the alveolar surface.