Soutenance mémoire
Tendon fléchisseur superficiel du doigt (TFSD)
Anatomie générale
Le TFSD se situe sur l’arrière des membres du cheval . Il représente la continuité du muscle fléchisseur superficiel du doigt. Le muscle qui commence sur l’épicondyle médial de l’humérus devient le TFSD lors de la fusion avec son ligament accessoire, à la hauteur de l’os du carpe. Il suit ensuite l’os métacarpien principal (os du canon) en direction distale et passe à travers une gaine fibreuse appelée manica fexoria, située dans la région de l’articulation métacarpo-digitale (boulet). Il se divise ensuite au début de la phalange proximale pour aller se terminer à l’ extrémité distale de celle-ci (Crevier-Denoix 1996; Denoix 1996; Terzian 2003).
Architecture interne
Le tendon est composé majoritairement d’eau, de fibres de collagènes et de cellules. Ces cellules sont nommées ténocytes (nommées aussi fibroblastes) et elles servent à maintenir et à renouveler le collagène. Les triples hélices de collagène s’alignent bout à bout pour former la molécule de collagène . Cinq molécules sont ensuite agencées parallèlement pour former la microfibrille. Chacune des molécules façonne des liaisons croisées avec les autres, ce qui confère au collagène ses propriétés mécaniques (stabilité et résistance en traction).Les microfibrilles sont regroupées pour former la fibrille, qui est le constituant de la fibre de collagène . Les fibres suivent l’axe longitudinal et constituent l’unité primaire du tendon. Le tendon est composé majoritairement de ces fibres qui représentent de 65% à 80% de sa matière sèche (Jozsa and Kannus 1997; Birch, Bailey et al. 1998; Schie 2004). Dans un tendon sain, c’est le collagène de type 1 qui est le plus présent, avec un taux de 85% (Jozsa and Kannus 1997; Birch, Bailey et al. 1998;Garcia, Homof et al. 2003; Terzian 2003). Ce type de collagène possède une faible élasticité, ce qui le rend apte à une bonne transmission de la force fournie par les muscles. Une autre particularité de ce type de collagène est sa tendance à former des fibres parallèles suivant l’axe de la force appliquée (axe longitudinal), ce qui lui donne une résistance en tension remarquable. L’autre type de collagène présent à raison de 15 % est de type Ill. Il est associé à la vascularisation et forme des fibres plus petites et moins résistantes qui sont orientées de façon isotrope (Jozsa and Kannus 1997).
Caractéristiques d’une lésion tendineuse
Lors de la course, le tendon est sollicité aux limites de ses capacités, ce qui le prédispose aux lésions (Terzian 2003; Dowling and Dart 2005). Une lésion est une rupture des fibres de collagène constituant le tendon. Selon la gravité de la lésion, Une lésion bénigne affecte seulement les fibrils, alors que le pire des cas est la rupture totale du tendon. Par suite d’une lésion, complète ou partielle, l’ architecture interne est modifiée de façon permanente, ce qui influence les propriétés mécaniques du tendon. Le terme tendinopathie est utilisé pour désigner les pathologies associées aux lésions. Le terme lésé défini le tendon ayant subi une lésion.
À la suite de la lésion, la réparation du tendon se produit en trois stades: l’inflammation du tendon (phase aigue) en premier, la réparation du tendon et, enfin, le remodelage des tissus cicatriciels (Stromberg 1971; Smith and Schramme 2003; Terzian 2003).
L’inflammation, qui se produit pendant la première semaine, découle d’une hémorragie interne qui augmente la superficie transversale du tendon et provoque sa évolution .
Durant cette période, la température au site de la lésion augmente et cette région devient sensible pour le cheval. Le deuxième stade, qui peut durer jusqu’à cinq mois, est caractérisé par la formation d’un tissu cicatriciel composé principalement de collagène de type III dont les fibres, orientées de façon isotrope, offrent une mauvaise redistribution de l’énergie emmagasinée et peu de résistance en traction (Birch, Bailey et al. 1998; Garcia, Hornof et al. 2003; Terzian 2003). Bien que le collagène de type III puisse rester présent jusqu’à une année, il commence à être remplacé progressivement par du collagène de type I aux alentours du 45e jour pendant le troisième stade (Terzian 2003). C’est seulement après une période de 3 à 6 mois que ces modifications structurelles vont permettre au tendon de retrouver partiellement ses anciennes propriétés mécaniques (Terzian 2003).
L’algorithme de ligne de partage des eaux (LPE)
Le LPE a commencé à être développé au début des années 1980 et est considéré comme faisant partie de la famille des filtres morphologiques (Beucher and Lantudjoul 1979).
Cet algorithme est automatique, mais requiert certaines informations a priori. Cette information est l’emplacement d’au moins un pixel (appelé marqueur) qui est à l’intérieur de chacun des objets à segmenter. Si les marqueurs ne sont pas spécifiés, l’algorithme utilise les minimums de l’image comme substitut.
La façon la plus simple d’expliquer le fonctionnement de l’algorithme est de visualiser l’image à traiter comme une carte topologique qui sera immergée dans l’eau. Il est alors supposé que les valeurs de niveaux de gris des pixels de l’image représentent une élévation par rapport au niveau du sol (niveaux de la mer est fixé à 0 et le plus haut sommet possible d’une montagne est représenté par 255) . La carte topologique est trouée à l’emplacement de chacun des marqueurs et est déposée dans l’eau. L’eau peut donc s’infiltrer dans la carte topologique par les trous formés. La carte est enfoncée dans l’eau 255 fois à raison d’une hauteur de 1 niveau de gris à chaque fois. L’eau qui s’est infiltrée par les trous forme alors des bassins, fermés par des chaînes de montagnes, de plus en plus gros à mesure que la carte est immergée dans l’eau. Lorsque le niveau de l’eau dépasse une chaîne de montagne séparant deux bassins, une digue est construite pour empêcher leur fusionnement.
Variation longitudinale de l’architecture fasciculaire
Cette méthode développée, complètement différente de la première, évalue indirectement la distribution des faisceaux en déterminant la variation de l’architecture le long du tendon. En connaissant cette variation, il en effet possible d’approximer la distribution de la longueur des faisceaux. Cette relation vient du fait que les faisceaux sont alignés longitudinalement. Par exemple, si l’on sait que l’architecture reste parfaitement constante longitudinalement sur 2 mm, cela donne comme indication que tous les faisceaux devraient avoir une longueur minimale de 2mm. De plus, si l’on sait que l’architecture se modifie complètement sur une distance de 15 mm, il est possible d’affirmer que la longueur maximale des faisceaux est en deçà de 15 mm . En outre, en regardant entre ces deux extrêmes, ont peut obtenir une idée générale de la distribution des faisceaux en se basant sur la variation longitudinale de l’architecture. La longueur des faisceaux est donc une indication de la variation longitudinale de l’architecture fasciculaire et vice-versa.
Méthode de l’évolution longitudinale de l’architecture fasciculaire
Il n’y a pas de validation proprement dite pour cette méthode puisque les deux outils utilisés pour ce calcul, la minimisation de la somme des différences au carré et la corrélation normalisée, existent depuis plusieurs années et leur efficacité a déjà été démontrée (Meijering, Niessen et al. 1999; Lewis 2001).
Dans cette analyse, les seules erreurs possibles sur les résultats se rapportent à la mauvaise correspondance des points utilisés dans les images. Par exemple, si un interstice est présent dans l’image courante, mais pas dans l’image subséquente, l’étape de la minimisation de la somme des différences au carré peut déplacer le point sur un autre interstice de l’image subséquente, faussant ainsi les résultats. Cependant, ce cas est rare, puisqu’il faut que deux interstices distincts apparaissent seulement dans une des deux images et qu’ils soient les seuls présents dans l’entourage du point. En outre, l’étape de la corrélation normalisée peut aussi corriger cette erreur. Par ailleurs, lors de cette analyse, la même évolution apparaît clairement dans tous les tendons sains traités. De plus, lorsque l’on regarde rapidement les images de coupes les unes après les autres (par exemple, en créant un film dont les images sont celles des coupes transverses), l’évolution du tendon est clairement visible.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DES CONNAISSANCES DE LA PROBLÉMATIQUE TENDINEUSE ET OBJECTIFS SPÉCIFIQUES
1.1 Tendon fléchisseur superficiel du doigt (TFSD)
1.1.1 Anatomie générale
1.1.2 Fonctionnalité
1.1.3 Architecture interne
1.2 Lésions du TFSD
1.2.1 Caractéristiques d’une lésion tendineuse
1.2.2 Réhabilitation
1.3 Examen échographique
1.3.1 Formation de l’image échographique
1.4 Résumé, objectif et hypothèse
CHAPITRE 2 REVUE DES OUTILS DE TRAITEMENT D’IMAGES
2.1 Notations utilisées
2.1.1 Coordonnées des positions des pixels dans les images
2.1.2 Valeurs des niveaux de gris
2.1.3 Valeurs des couleurs
2.1.4 Valeurs des objets des images binaires
2.2 Les filtres
2.2.1 Filtre gaussien 3D
2.2.2 Filtre morphologique 3D
2.2.3 Les fonctions sigmoïdes
2.3 Le redimensionnement
2.4 Le recalage
2.5 La segmentation
2.5.1 L’algorithme de ligne de partage des eaux (LPE)
CHAPITRE 3 MÉTHODOLOGIE
3.1 Prélèvement et conservation
3.2 Échantillons
3.3 Coupe
3.3.1 Procédure d’enrobage
3.3.2 La coupe
3.4 Macrophotographie des coupes et numérisation
3.5 Prétraitement des images
3 .5.1 Redimensionnement
3.5.2 Détourage
3.5.3 Recalage
3.5.4 Filtrage et normalisation
3.6 Définition de la notion de faisceau
3.7 Distribution 3D des faisceaux
3.7.1 Algorithme d’étiquetage 3D
3.7.2 Longueurs, diamètres et volume des faisceaux
3.8 Variation longitudinale de l’architecture fasciculaire
3.8.1 Calcul de la similarité
3.8.2 Indice de similarité moyen (ISM)
3.8.3 Interprétation de la courbe de l’ISM
3.9 Évolution longitudinale de l’ architecture fasciculaire
3.10 Visualisation tridimensionnelle
3.11 Protocole de validation
3.11.1 Méthode de coupe et d’acquisition des images
3.11.2 Méthode de calcul de la distribution des faisceaux
3.11.3 Méthode de calcul de la variation longitudinale de l’architecture fasciculaire
3.12 Méthode de l’évolution longitudinale de l’architecture fasciculaire
CHAPITRE 4 RÉSULTATS
4.1 Résultats de la validation
4.1.1 Méthode de calcul de la distribution des faisceaux
4.1.2 Méthode de calcul de la variation longitudinale de l’ architecture fasciculaire
4.2 Résultats de la structure 3D des faisceaux
4.2.1 Rayons
4.2.2 Longueur
4.2.3 Volume
4.2.4 Tendons lésés
4.2.5 Tableau résumé
4.3 Variation longitudinale de l’architecture fasciculaire
4.4 Évolution longitudinale de l’architecture fasciculaire
CHAPITRE 5 DISCUSSION
5.1 Analyse et discussion des résultats
5.1.1 La distribution des faisceaux
5.1.2 Variation longitudinale de l’architecture fasciculaire
5.1.3 Résultats obtenus sur les tendons lésés
5.2 Améliorations méthodologiques
5.3 Comparaison des résultats avec l’information contenue dans la littérature
5.4 Retombées scientifiques et travaux futurs
CHAPITRE 6 CONCLUSION
ANNEXE 1 Publication des résultats
ANNEXE 2 Popularité des courses de chevaux
ANNEXE 3 Évaluation de la méthode d’extraction de la taille d’un pixel
BIBLIOGRAPHIE
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