GdR d'animation Stic Santé

de l'image et du signal pour la Santé

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de l'image et du signal pour la Santé.

Responsables : Irène Buvat et Françoise Peyrin
Rapport d’activité — Août 2006

1. Présentation : objectifs du thème

Le signal et l’image sont au cœur du processus de décision en médecine. En effet, un grand nombre de décisions diagnostiques et thérapeutiques reposent sur des signaux ou des images acquis sur des patients. La variété des dispositifs pourvoyeurs de signaux et d’images en médecine (par exemple, tomographie X, imagerie ultrasonore, imagerie par résonance magnétique - IRM, tomographie d’émission monophotonique ou de positons – TEMP et TEP, magnéto-encéphalographie – MEG, électro-encéphalographie – EEG) n’a d’égal que la richesse des informations délivrées par ces dispositifs (anatomique, fonctionnelle, moléculaire).

L’imagerie est par nature multidisciplinaire, car elle résulte d’un enchaînement d’étapes complexes incluant, de façon non exhaustive, la physique et l’instrumentation de l’acquisition de données, la modélisation mathématique et la résolution des problèmes inverses de reconstruction et/ou de restauration d’images, la visualisation de données multidimensionnelles, la segmentation, ou encore l’extraction de paramètres. A cet ensemble de problématiques déjà diverses, s’ajoutent des problèmes de fusion de données, de codage/stockage et de communication des images.
Dans ce contexte, le thème B a pour vocation d’animer la recherche ayant trait aux problèmes liés à l’acquisition, à l’interprétation et à la gestion des signaux et des images dans le domaine biomédical, issus d’appareils cliniques ou de techniques émergentes, en confrontant les développeurs de nouvelles méthodologies d’analyse mathématique, statistique, ou physique, aux cliniciens, pour que ces méthodologies novatrices puissent servir à extraire efficacement des informations physiologiques pertinentes. L’idée est que l’accentuation des échanges entre les communautés médicales et scientifiques pourrait, à court terme, contribuer à la résolution de problèmes courants dans la pratique clinique de l’imagerie.

2. Bilan des activités

Les responsables du thème ont jusqu’à présent travaillé sur deux axes pour contribuer à améliorer l’exploitation des avancées réalisées en sciences « dures » (physiques, mathématiques, instrumentation) pour la résolution de problèmes d’imagerie clinique : d’une part, l’organisation de journées destinées à renforcer les interactions entre méthodologistes et cliniciens, et d’autre part, le soutien d’actions d’une durée de 1 an, avec un objectif précis et aisément évaluable, cohérent avec les objectifs du thème.

Organisations de journées

Journée du 5 mai 2003, « Analyse et interprétation de signaux physiologiques par des techniques de séparation de sources », organisée par I. Buvat, C. Jutten, F. Peyrin et V. Vigneron, en coordination avec l’Action Spécifique du GdR ISIS « Séparation de Sources ». Cette journée a été consacrée à l’analyse et à l’interprétation de signaux physiologiques tels que ceux enregistrés en électromyographie, électrocardiographie ou magnéto-encéphalographie, par les techniques novatrices de séparation aveugle de sources largement utilisées pour des applications non médicales. 48 personnes ont participé à la journée, 6 exposés ont été présentés (dont 2 par des cliniciens, et 2 par des orateurs étrangers) et ont suscité de nombreuses discussions. La journée a donné lieu à des actes.

Journée du 30 juin 2004, « Compression des signaux et des images en médecine», organisée par A. Nait-Ali, du Laboratoire d'Etude et de Recherche en Instrumentation de l’Université Paris 12. La majorité des laboratoires français actifs dans le domaine de la compression à des fins médicales était représentée (10 laboratoires). Des médecins émanant de 3 structures hospitalières et deux industriels étaient également présents, soit un total de 31 participants. La journée a comporté 14 présentations, concernant notamment les protocoles techniques liés à la diffusion de l’information numérique à travers un réseau hospitalier, le stockage de l’information à court et à long terme, l’évaluation des systèmes de compression, les méthodes de compression 3D ou encore l’indexation des images. À l’issue de la journée, riche en discussions, la possibilité de créer un groupe de travail a été discutée. Compte tenu de la multiplicité des sujets abordés pendant la journée, il a été convenu que des discussions vont se poursuivre entre les personnes intéressées pour définir les objectifs que pourrait avoir ce groupe.

Journée du 10 novembre 2004, « Imagerie de la structure osseuse : du macroscopique au microscopique » a été organisée par F. Peyrin. Les différentes fonctions de la structure osseuse (soutien, mécanique, métabolique) doivent être étudiées par une approche multi-échelle. L’imagerie est de plus en plus utilisée pour diagnostiquer et mieux comprendre le risque de fragilité osseuse. L’objectif de cette journée était de faire le point sur les techniques d’imagerie utilisées dans ce domaine, au niveau clinique ou en recherche, ainsi que sur les développements innovants qui leur sont associés en analyse d’images. Neuf exposés de type « tutorial » ont été présentés : trois exposés orientés « clinique », un exposé orienté « modèles animaux », et cinq exposés orientés « analyse d’image ». La journée a permis de faire un état de l’art sur la recherche en imagerie osseuse et a accueilli une cinquantaine de participants.

Journée du 9 juin 2005, «Gestion de données et de traitements distribués en imagerie médicale», commune avec le thème C, a été organisée par C. Barillot. Le but de cette journée était de faire le point sur des projets français en cours dans le domaine des bases de données et du traitement de données hétérogènes et distribuées en imagerie médicale. Les activités des actions concertées incitatives NEUROBASE et AGIR, ainsi que celles d'autres projets régionaux ou internationaux en cours (projets IXI, Ragtime et CIMENT) ont été présentées. La journée s’est conclue par une table ronde. Elle a rassemblé une trentaine de participants.

Journée du 21 mars 2006, «Imagerie tomographique clinique : avancées et nouveaux développements en algorithmes de reconstruction», commune avec le GdR ISIS, a été organisée par F. Peyrin, I. Buvat et Y. Zhu. L’objectif de cette journée était à la fois de faire le point sur l’état de l’art et les avancées en tomographie et de présenter les développements en cours concernant les algorithmes de reconstruction tomographique. Deux cliniciens ont présenté les avancées et les grands défis de la tomographie par rayons X et de l’imagerie par résonance magnétique. Sept exposés présentés par des chercheurs ont révélé diverses facettes de la recherche en reconstruction tomographique, aussi bien en tomographie d’émission, qu’en IRM, tomodensitométrie, et tomographie ultrasonore. 53 personnes ont assisté à la journée, dont les actes ont été collectés et distribués.

Les annonces et les compte-rendus de l’ensemble de ces journées figurent sur le site

Actions sur la période 2003-2005

Deux actions ont été réalisées par le groupe de travail « Quantification en Imagerie Moléculaire » (QIM) animé par Irène Buvat de l’Unité 678 Inserm à Paris. Ce groupe, fédérant une quinzaine de laboratoires français (Inserm, CNRS, universités et hôpitaux) fortement impliqués dans la recherche en imagerie fonctionnelle in vivo des radiotraceurs (http://www.guillemet.org/quantif) fonctionnait sans reconnaissance de tutelle depuis 1998 et a intégré le GdR STIC-Santé début 2004. Ce groupe de travail se réunit environ 5 fois par an.

Action QIM 2004

En 2004, l’objectif du groupe, correspondant à une action, était la comparaison multicentrique des procédures et des résultats de quantification d’un même examen TEMP dont les données originales ont été distribuées à tous les membres du groupe, pour aboutir à un panorama précis de la réalité de la quantification en imagerie TEMP, notamment dans les services cliniques.

Produit de l’action QIM 2004 :

Le travail de comparaison multicentrique a été réalisé (projet Quantitest), six laboratoires du groupe ont participé (deux laboratoires de recherche et quatre service de Médecine Nucléaire). Les résultats ont été présentés en octobre 2004 au congrès IEEE Medical Imaging Conference et publiés dans les actes de ce congrès (voir article en annexe). Les résultats ont clairement mis en évidence le sous-équipement considérable des services hospitaliers en méthodes logicielles permettant d’interpréter quantitativement les examens TEMP : des indices quantitatifs relativement fiables ont été obtenus au moyen des méthodes développées dans les laboratoires de recherche, mais les valeurs quantitatives produites par les services cliniques au moyen des outils dont ils disposent étaient très fortement biaisées. Ces résultats soulignent l’absolue nécessité de prendre des mesures pour faciliter le transfert des méthodes performantes développées dans les laboratoires vers les services cliniques qui auraient tout à bénéficier de l’usage de ces méthodes.

Action QIM 2005

En 2005, le groupe s’est donné comme objectif de développer une plateforme de quantification sous JAVA, implémentant des techniques de reconstruction tomographique TEMP et TEP et des méthodes de correction de phénomènes physiques, et la diffuser dans les services.

Produit de l’action QIM 2005 :

Des modules d’une plateforme générique très complète de reconstruction et de traitement d’images TEMP et TEP dont dispose l’Unité 678 ont été transférés sous un environnement portable JAVA, et déjà diffusés à plusieurs laboratoires membres du groupe de travail. Le travail se poursuit afin de porter l’ensemble des modules de cette plateforme, qui pourra être ensuite distribuée à tous les partenaires du groupe. Ce travail s’avère cependant très consommateur en temps, et ne progresse que lentement compte tenu de l’absence d’ingénieur dédié à ce projet. La version actuelle de la boîte à outils est téléchargeable sur le site du groupe Quantification en Imagerie Moléculaire (http://www.imed.jussieu.fr/quantif), en accès réservé aux membres du groupe QIM.

La liste de l’ensemble des publications ayant directement traits aux activités du thème B est donnée en annexe.

3. Conclusion sur le bilan

Les journées thématiques organisées ont clairement montré l’utilité de provoquer des rencontres entre des cliniciens, capables de percevoir, à travers des problèmes d’interprétation d’images et de signaux, le type de méthodes qui faciliterait la résolution de ces problèmes, et les méthodologistes, maîtrisant des méthodes sophistiquées et intéressés à les adapter au traitement de données médicales. La richesse des discussions durant les journées, ainsi que la participation importante à chacune des journées, sont des éléments concrets témoignant de l’intérêt que portent les acteurs, cliniciens et méthodologistes, à ces sessions de réflexion, d’échanges, et de fertilisation croisée. Même si l’impact de ces journées est encore difficile à mesurer concrètement, il est apparu évident, au fil des réunions, qu’elles répondent à un besoin réel. Deux améliorations semblent cependant nécessaires : 1) d’une part, à chaque journée, les organisateurs ont pu déplorer un déséquilibre patent entre cliniciens et méthodologistes, les premiers restant faiblement représentés. Une meilleure mobilisation de la communauté médicale paraît donc nécessaire, par des méthodes qu’il reste à définir (voir document projet). 2) d’autre part, un suivi des journées pourrait être envisagé, de façon à pouvoir en mesurer plus concrètement les retombées. Là encore, les modalités d’un tel suivi restent à définir (voir document projet).

Le groupe de travail « Quantification en Imagerie Moléculaire » soutenu par le GdR a réalisé avec succès 2 actions dont les résultats peuvent être concrètement évalués (une publication et un outil logiciel). Le GdR a permis que se tiennent 9 réunions du groupe de travail sur la période 2004-2005, avec pour chacune entre 20 et 30 participants émanant de 10 à 15 laboratoires. De nombreuses collaborations entre 2 laboratoires sont nées de ce groupe de travail, et 16 publications originales dans des revues à comité de lecture impliquant au moins 2 membres de laboratoires différents participant au groupe ont été recensées en 2004 et 2005 (+ 11 actes de congrès à comité de lecture).

4. Prévisions 2006

Jusque fin 2006, le thème B continuera la démarche entamée, à savoir l’organisation de journées scientifiques et le soutien d’une action présentée par le groupe de travail « Quantification en Imagerie Moléculaire ».

Une journée portera sur la microtomographie, pour faire suite à la journée de mars 2006 concernant la reconstruction tomographique. Les spécificités liées à l’imagerie du petit animal seront en particulier analysées.
Le groupe de travail « Quantification en Imagerie Moléculaire » a proposé une nouvelle action pour 2006. L’objectif est de rassembler un certain nombre de ressources (bibliographique, logicielles, base de données) destinées à la correction de l’effet de volume partiel en tomographie d’émission monophotonique et de positons. Différents laboratoires participant au groupe de travail ont en effet récemment développé ce type de ressources, tandis qu’aucun service clinique ne peut encore en disposer sachant qu’elles ne sont pas distribuées par les constructeurs. Il s’agira donc de rendre ces ressources facilement accessibles à tous les membres du groupe (cliniciens et méthodologistes), afin qu’elles puissent ultérieurement être évaluées dans différentes situations.

Contribution à la liste de publications pour le thème B

Sélection des articles (Revues à comité de lecture indexées dans MedLine uniquement)

Les articles notés * correspondent à ceux de l’action “Quantification en Imagerie Moléculaire” (les noms soulignés correspondent aux membres de l’action, c’est-à-dire pour lesquelles au moins des membres de 2 laboratoires différents sont signataires)

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* Assié K, Gardin I, Vera P, Buvat I. Validation of the Monte Carlo simulator GATE for Indium 111 imaging. Phys Med Biol 50: 3113-3125, 2005.
Buvat I, Castiglioni I, Feuardent J, Gilardi MC. Unified description and validation of Monte Carlo simulators in PET. Phys Med Biol 50: 329-346, 2005.
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* Jan S, Santin G, Strul D, Staelens S, Assié K, Autret D, Avner D, Barbier R, Bardiès M, Bloomfield PM, Brasse D, Breton V, Bruyndonckx P, Buvat I, Chatziioannou AF, Choi Y, Chung YH, Comtat C, Donnarieix D, Ferrer L, Glick SJ, Groiselle CJ, Guez D, Honore PF, Kerhoas-Cavata S, Kirov AS, Kohli V, Koole M, Krieguer M, van der Laan DJ, Lamare F, Largeron G, Lartizien C, Lazaro D, Maas MC, Maigne L, Mayet F, Melot F, Merheb C, Pennacchio E, Perez J, Pietrzyk U, Rannou FR, Rey M, Schaart D., Schmidtlein CR, Simon L, Song TY, Vieira JM, Visvikis D, Van de Walle R, Wiers E, Morel C. GATE: a simulation toolkit for PET and SPECT. Phys Med Biol 49: 4543-4561, 2004.
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GdR STIC-Santé

http://www.stic-sante.org/
Thème C

Système d’information médicaux

Responsables : A Flory, C Quantin

http://www.stic-sante.org/Presentation
INTRODUCTION

Les systèmes d’information médicaux ont pour finalité:

d’assurer une meilleure connaissance de l’information médicale concernant un patient.
d’assurer une meilleure connaissance des facteurs de risques concernant une population.

Actuellement la création d’un dossier médical informatisé pour chaque assuré social représente une avancée importante pour le domaine des SI médicaux.

Nous avons donc centré nos travaux sur cette perspective en anticipant les futures retombées potentielles d’un tel outil.

Les problématique de ce thème peuvent être symbolisées par le schéma suivant :

Les problèmes soulevés par les SI médicaux:

Comment représenter les informations médicales ?(structuration, codage, partage, interopérabilité)
Comment communiquer de l’information médicale? (utilisation de normes d’échange EHR com,HL7,open EHR).
Comment communiquer avec la même sémantique (utilisation d’ontologies médicales)
Comment représenter des interfaces médecin-machine de haut niveau (ligne de vie, topic maps)
Comment reconnaitre les informations concernant un même patient au travers d’un réseau (chainage de données).
Comment intégrer dans un ensemble cohérent des données médicales relatives à un grand nombre d’individus (entrepôts de données).
Comment extraire des entrepôts de l’information pertinent de façon à faire progresser la connaissance (fouille, ECD).

Nous avons organisé quatre journées d’étude pour faire collaborer les chercheurs de la discipline :

Journée sur les SI pour la santé.
Journée sur le chainage de données.
Journée sur les entrepôts de données.
Journée sur les ontologies médicales.

Les thématiques abordées dans le cadre de ce quadriennal

1-Les systèmes d’information médicaux

http://www.stic-sante.org/rilk/gdr/ReunionListe?r=349

Journée du 9 décembre 2003 / Nombre de participants 138

Présentation

Une première journée a été consacrée à une présentation des différentes problématiques qui seraient abordées dans le thème afin de pouvoir identifier les équipes et les axes de recherche

Thèmes abordés durant la journée

Architecture des systèmes d’information hospitaliers et organisation par composants
Plate-forme pour la coordination des soins dans le contexte de l’HAD
Utilisation des Topic Maps pour l’aide à la navigation dans des bases de données médicales
Problématique de l’identification du patient dans un système de dossier partagé
Rapport ontologie/thésaurus : application à la pharmacovigilance
Utilisation d’ontologies pour la conception de bases de données médicales

Conclusion : cette première journée a permis de dégager quelques grands axes

de travail. La montée en puissance du dossier médical personnel montre tout l’intérêt de ce type de rencontre dans laquelle plusieurs personnes du ministère présentes ce jour ont fourni des indications sur les attentes dans ce domaine.

2- Identifiant patient et chaînage des données médicales

http://www.stic-sante.org/rilk/gdr/ReunionListe?r=364

Journée du 7 décembre 2004 / Nombre de participants 50

Présentation

Problématique de l’identifiant en santé
- permettant le chaînage avec les données provenant de plusieurs sources
- utilisable pour les réseaux de soins et la recherche clinique et épidémiologique (sans oublier la génétique)
- en cohérence avec les projets d’identifiant pour le Dossier Médical Personnel (DMP)
- compatible avec les exigences de la CNIL et les préconisations du GMSIH

Thèmes abordés durant la journée

Présentation du réseau de cancérologie en Rhône-Alpes
Le réseau périnatal en Bourgogne
Le chaînage des données familiales en génétique
Le chaînage des bases de données personnelles aux USA
La certification électronique des données de mortalité
L’anonymisation : de la théorie à la pratique

Conclusion :

Cette journée a permis un large débat avec la participation de la Commission Nationale de l’Informatique et des libertés (CNIL), du Groupement pour la Modernisation des Systèmes d’Information Hospitalier (GMSIH) ainsi que de celle de l’Agence Technique de l’Information sur l’Hospitalisation (ATIH), sur une problématique d’actualité, compte tenu du lien inéluctable entre la question de l’identifiant dans le cadre du chaînage des bases de données à visée épidémiologique et celle de l’identifiant pour le dossier médical personnel (DMP).

Elle a montré la faisabilité technique du chaînage des données provenant de sources multiples, après anonymisation selon les recommandations de la CNIL, sous réserve de disposer de traits d’identification communs à ces sources. L’absence de norme en la matière au niveau de la France (et de l’Europe) encourage l’hétérogénéité des identifiants (réseaux, DMP, PMSI pour les hospitalisations, données de mortalité, données sociales) et place les chercheurs français (notamment dans les disciplines du traitement de l’information, bio statistique et épidémiologique) en position difficile par rapport à d’autres pays (comme l’Australie, la Grande Bretagne, la Nouvelle Zélande et les Pays Bas) où la définition d’un identifiant de santé est plus standardisée. Devant l’intérêt d’une réflexion à l’échelle de l’Europe sur cette question, la constitution d’une action sur ce thème a été proposée, afin de préparer le dépôt d’un projet européen.

3- Entrepôts de données médicales

http://www.stic-sante.org/rilk/gdr/ReunionListe?r=373

Journée du 1er juin 2005 / Nombre de participants 16

Présentation

Le domaine médical produit de grandes quantités de données numérisées

Les données sont réparties dans différentes structures de soins et sur différents supports

Un entrepôt de données afin de recueillir des données de qualité pour l’analyse de données et la prise de décision

Types d’applications

Evaluations socio-économiques des filières de soin
Évaluation d’indicateurs de santé
Etudes épidémiologiques
Validation de procédures diagnostiques et constitution de bases de référence expertisées et communes

L'informatique décisionnelle

Modèles d’analyse
Algèbre OLAP
Fouille de données
Interface

Modélisation multidimensionnelle
Stockage
Optimisation, indexation
Maintenance

Acquisition des données
Nettoyage, correction, filtrage
Réconciliation syntaxique,

sémantique

Agrégation

Thèmes abordés durant la journée

Le réseau Sentinelles : 20 ans de surveillance continue des maladies transmissibles
Entrepôt de données médicales et spatial-Olap
Modélisation d’entrepôt de données complexes : application à la médecine d’anticipation préventive
Entrepôt de données sur les journées d’hospitalisation non pertinentes dans les services cliniques aigus
Vers un entrepôt de données intégrant des documents XML en médecine

Entrepôt de données médicales multimédias
Fouille de données séquentielles dans une base médico-économique
Fouille interactive de séquence d’images IRMf
Le réseau sentinelle AUDIPOG : entrepôt de données périnatales à des fins de veille sanitaire et d’évaluation des pratiques médicales
Recherche d’associations en présence de valeurs manquantes : application en angiologie et en cancérologie

Conclusion

Cette journée a montré qu’il existe une petite communauté, aujourd’hui encore bien dispersée qui réfléchit sur l’utilisation et la conception des entrepôts de données en santé

L’accent a été mis sur le fait que les fouilles de données (en particulier pour la génomique ) ne peuvent aboutir qu’à la condition qu’elles s’appuient sur des donnée préalablement organisées dans un contexte d’entrepôt .

4-Ontologies en santé

http://www.stic-sante.org/rilk/gdr/ReunionListe?r=383

Journée du 8 décembre 2005 / Nombre de participants 44

Définition d’une ontologie

Une représentation des connaissances formelle permettant le traitement des connaissances par les machines
Un pas supplémentaire, après les thésaurus, vers la formalisation et la mise en œuvre en machine. Une évolution inéluctable mais difficile
. Travaux sur :
- la construction d’ontologies à partir de corpus
- les liens entre thésaurus et ontologies
- Les « top ontologies »
- Les ontologies dans différents domaines (spécialités médicales, bioinformatique)
- L’anatomie

Noyau de la représentation des connaissances pour les SBC

Traitement du langage naturel
Recherche d’information
Alignement de terminologies
Maintenance de thésaurus (CCAM)

Thèmes abordés durant la journée

Introduction sur les ontologies et leur place dans le traitement de l'information médicale

Construction de la « top ontologie » de Ménélas. Et maintenant

Construction d'ontologies à partir de textes

Construction d'ontologies par fusion de micro-ontologies

La CCAM à partir de Galen

Web sémantique et recherche d’information

Les ontologies pour la bioinformatique

Les ontologies pour l'indexation du dossier patient

Représentation événementielle et épidémiologie

Conclusion

Cette journée a bien montré la spécificité de l’utilisation des Ontologies et représentations formelles dans le cadre du Web sémantique

Le problème essentiel concerne la calculabilité des ontologies ainsi que l’étude des liens entre connaissances structurées (ontologies) et non structurées (texte XML)

Enfin il est clairement apparu que tout le travail sur les ontologies ne pouvait se faire sans s’appuyer sur des normes et autres représentations standards au sein du Système d’Information de Santé (normes, archétypes, usages dans le SI, …)

Une journée sera l’an prochain consacrée à la problématique des normes

Thématiques prévues pour les journées 2006 :

Une journée qui fait le point sur les normes
Une journée qui sera consacrée à gestion de la connaissance en biologie et médecine en vue de la modélisation numérique

PERSPECTIVES POUR LES ANNEES FUTURES

Continuer de faire fonctionner les groupes de recherche travaillant sur le dossier médical partagé.
Approfondir les notions d’ontologie et proposer des représentations cohérentes de l’information médicale. et les liaisons avec les normes
Etudier les architectures des entrepôts de données pour une meilleure approche de la fouille de données.
Etablir des liaisons avec d’autres thèmes du GdR (en particulier avec les chercheurs
Travailler avec les membres du thème E sur les capteurs et les handicaps pour mettre au point des systèmes intégré pour l’hospitalisation à domicile et le maintien à domicile des personnes âgées.
Favoriser le travail inter équipe en répondant conjointement à des appels d’offre dans le cadre de projets européens, ACI..programmes spécifiques..
Une première demande est en voie de finalisation

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