RÉSUMÉ
La scoliose et le spondylolisthésis sont des pathologies rachidiennes qui touchent respectivement
1,5-3% et 13.6% des personnes et possèdent un potentiel d’évolution. Ces pathologies
tridimensionnelles sont principalement étudiées par des indices géométriques bidimensionnels ne
reflétant qu’une partie des modifications morphologiques et biomécaniques/biochimiques du
rachis. L’étude clinique de ces pathologies et de leurs évolutions sont réalisées à partir
d’informations limitées sur les modifications engendrées au rachis. Le disque intervertébral
(DIV) est le tissu mou permettant la mobilité entre les segments vertébraux. Il subit les effets
dégénératifs des pathologies de manière précoce en son sein.
Notre étude se base sur l’hypothèse que l’intensité de signal IRM au sein d’images cliniques
pondérées en T2 est sensible à la pathologie rachidienne et à sa sévérité, permettant ainsi à cette
modalité d’imagerie de fournir des informations sur les propriétés géométriques, biochimiques et
mécaniques du DIV, et donc de réaliser des suivis in-vivo de l’évolution des pathologies
rachidiennes. Ce projet vise à développer des techniques permettant l’étude tridimensionnelle de
la distribution géométrique et gaussienne du signal IRM pondéré en T2 au sein d’images
cliniques de patients présentant des pathologies rachidiennes, et ce dans le disque intervertébral
(DIV) complet, dans l’annulus fibrosus (AF) et dans le nucleus pulposus (NP). Ces outils
permettront de vérifier si les dégénérescences des DIV sont spécifiques aux pathologies les ayant
engendrées ainsi qu’à leurs sévérités.
Afin d’analyser le signal IRM tridimensionnel du DIV de manière automatisée, il est nécessaire
de segmenter les images cliniques. Une méthode semi-automatisée a été utilisée dans ce projet et
sa reproductibilité a été testée. Cette méthode permet un gain de temps par rapport aux méthodes
manuelles utilisées dans la littérature.
Des outils d’analyse de signal IRM au sein du DIV ont été développés afin de détecter la
sensibilité de celui-ci aux pathologies rachidiennes et à leurs sévérités. Ces outils ont permis de
refléter les variations de distribution du signal IRM de manière géométrique en 3D et de manière
gaussienne.
Dans ce but, une cohorte de 79 sujets (32 scolioses, 32 spondylolithésis, 15 contrôles) a été
étudiée. Une normalisation de l’intensité de signal a été nécessaire à la comparaison des signaux----------ABSTRACT
Scoliosis and spondylolisthesis are spine pathologies affecting 1.5-3% and 13.6% of the
population, respectively. These diseases have the potential to further progress. These
tridimensional pathologies are mainly studied using two-dimensional geometric indices, which
reflect only a fraction of the morphological, biomechanical and biochemical variations of the
spine. Clinical interpretations of these pathologies and of their evolution are based on the limited
information of spine modifications. The intervertebral disc (IVD) is the soft tissue between
adjacent vertebrae that allow the mobility of the spine between the rigid segments. Spine
pathologies lead to premature degeneration of the IVD.
In our study, we hypothesize that the MRI signal intensity within clinical T2-weighted images is
sensitive to the spine pathology and to its severity. Thus this imaging technique could provide
information on the geometrical, biochemical and mechanical properties of the IVD, and facilitate
in-vivo follow-up of the evolution of these spine pathologies. This project aims to develop
techniques to analyse the tridimensional geometry as well as the Gaussian distribution of the T2-
weighted MRI signal within clinical images of the IVD, the annulus fibrosus (AF) and the
nucleus pulposus (NP) of patients affected with various spine pathologies. These tools will assess
whether or not a specific degeneration of the IVD is caused by the spine pathologies depending
on their severity.
In order to analyse automatically the tridimensional MRI signal within the IVD, it is necessary to
segment clinical images. A semi-automated method was used in this project and its
reproducibility was tested. This method is less time-consuming compared to the commonly used
manual methods that are reported in the literature.
MRI signal analysis tools were developed to detect its sensitivity within the IVD to spine
pathologies and their severities. These tools allowed a Gaussian and geometric distribution
analysis of the MRI signal intensity within the IVD.
A cohort of 79 subjects (32 scoliosis, 32 spondylolisthesis, 15 controls) was studied. A
normalization of the signal intensity was done in order to compare images from patients with
variable parameters such as the acquisition gain. This study tested two normalizations of the
intensity of the signal. The first one was based on the intensity within the cerebrospinal flui