Transplantation hépatique

La transplantation hépatique est la plus fréquente des greffes d’organe après celle du rein. Mais le nombre croissant d’hépatites C laisse présager une augmentation prochaine des listes d’attente pour une telle intervention. Alors que son efficacité face aux cirrhoses alcooliques augmente encore le nombre de candidats potentiels, la pénurie d’organes disponibles ne cesse de s’aggraver [12]. La greffe du foie est une intervention chirurgicale consistant à remplacer un foie malade par un foie sain, prélevé sur un donneur. Le foie étant le seul organe possédant la capacité de se régénérer, il est possible de réaliser une transplantation hépatique à partir d’un greffon prélevé chez un donneur vivant, appartenant à la famille proche du receveur. Le plus fréquemment, le greffon provient d’un donneur déclaré en état de mort encéphalique. Pour éviter le rejet, il est nécessaire d’avoir une compatibilité HLA optimale et le traitement immunosuppresseur est indispensable. Pour certaines hépatites fulminantes, l’urgence peut amener à ne pas tenir compte de la compatibilité HLA[13].

La loi sur la transplantation est entrée en vigueur le 1er juillet 2007, la Suisse a opté pour le modèle basé sur le score MELD (Model for end-stage liver disease). Ce score est calculé à partir de trois valeurs de laboratoire comprenant la bilirubine totale, la créatinine et l’INR (le nouveau système d’allocation des organes pour la TH a été décrit dans la Revue médicale suisse le 23 janvier 2008 par Fontana M, et coll.) [14]. Autrement dit, plus le score de MELD est élevé, plus la situation est grave et plus le patient est prioritaire sur la liste d’attente helvétique centralisée, dans son groupe sanguin. Les patients les plus gravement atteints seront donc transplantés en premier [15].

Technique de transplantation

En général, la transplantation hépatique est effectuée de façon orthotopique. En d’autres termes, le foie malade est alors retiré et le foie du donneur (nouveau foie) est placé dans le même site anatomique. La transplantation est composées de quatre étapes : l’hépatectomie (ablation du foie malade), la phase anhépatique (sans foie), la phase d’implantation (mise en place du nouveau foie) et la phase post- implantation. L’opération se fait par une grande incision au niveau de l’abdomen supérieur, sous les côtes et s’étendant principalement du côté droit. L’hépatectomie implique la dissection de toutes les attaches ligamentaires du foie, ainsi que de la voie biliaire principale, l’artère hépatique, les veines sus-hépatiques et la veine porte. Habituellement, la partie rétrohepatique de la veine cave inférieure est retirée avec le foie, bien qu’une autre technique puisse la préserver (technique dite « piggyback »). Le sang du donneur présent dans le foie sera vidé et remplacé par une solution de stockage réfrigérée spécialement conçue pour la préservation d’organes. L’implantation de ce nouveau foie implique des anastomoses (connexions) de la veine cave inférieure, la veine porte et l’artère hépatique. Une fois que le flux sanguin est rétabli dans le nouveau foie, les voies biliaires (canal cholédoque) sont anastomosées (connectées) à l’intestin grêle. L’intervention dure habituellement entre cinq et six heures, mais peut être plus ou moins longue en raison de la difficulté de l’opération et l’expérience du chirurgien. La grande majorité des greffes de foie utilisent le foie entier d’un donneur non- vivant, en particulier pour les receveurs adultes. Une avancée majeure en transplantation hépatique pédiatrique a été le développement de la technique «split» décrite au paragraphe précèdent. La transplantation hépatique peut également être réalisée à partir d’un donneur vivant (paragraphe précèdent).

Ligne de Partage des Eaux (LPE)

La Ligne de Partage des Eaux (LPE ou watershed en anglais) est l’outil de segmentation d’images de la morphologie mathématique par excellence. Son origine n’est pas purement issue de cette discipline, elle a été étudiée dès le 19ème s iècle par Maxwell et Jordan pour l’intérêt qu’elle apporte dans le domaine de la topographie. Elle a aussi été étudiée par Digabel et Lantuéjoul pour des données binaires, puis par Beucher et Lantuéjoul à des fins de segmentation d’images en niveaux de gris. Cette technique reconnue est encore très largement utilisée dans de nombreuses applications, telles que le tracking vidéo, le traitement d’images médicales, les images 3D, la reconnaissance des expressions faciales, en imagerie multispectrale etc. En télédétection, la LPE est aussi largement utilisée notamment pour l’extraction d’objets d’intérêt tels que des bâtiments, des réseaux routiers, des cimes d’arbres, ou encore l’analyse des dégâts sur les bâtiments. De nombreux travaux de recherche rapportés dans la littérature se sont également intéressés à l’amélioration de cet algorithme, soit au niveau de l’implémentation, de la mise en oeuvre matérielle, de l’accélération du temps de calcul ou de la parallélisassions.

La transformation par LPE se définit par rapport à un processus d’inondation qui consiste à partitionner l’image en différentes zones homogènes appelées « bassins versants ». Plus exactement, l’image peut être perçue comme une surface (un relief) topographique, contenant des monts, des plateaux et des vallées. La valeur de niveau de gris d’un pixel est interprétée comme son altitude dans la surface topographique. Les pixels sombres (de faible gradient) correspondent donc aux vallées et bassins du relief alors que les pixels clairs (de gradient plus fort) correspondent aux collines et lignes de crêtes. La transformation morphologique par LPE consiste alors à diviser cette surface topographique en différents bassins séparés par des Lignes de Partage des Eaux en faisant appelle au principe d’immersion. L’idée de base est de percer le relief au niveau des bassins de capture et de l’immerger progressivement dans l’eau. A l’issue de ce processus, une fois que deux bassins de rétention se rencontrent (suite à une inondation à partir des minimas locaux du relief), un barrage est créé pour les séparer. L’ensemble de ces barrages forment Les Lignes de Partage des Eaux (Figure 2.8). [41]. L’implémentation la plus populaire de l’algorithme LPE est celle développée par Vincent & Soille et qui consiste à remplir progressivement les bassins versants à partir de minima, pour déterminer leurs limites, faisant appel à des files d’attente simples triées. Une autre implémentation introduite par Meyer, est basée sur l’utilisation de fonctions de distances géodésiques (distance topographique) et sur l’utilisation de files d’attente hiérarchiques. La figure 2.9 est un exemple d’application de la LPE sur une image médicale avec comme inconvénient une sur-segmentation.

Etat de l’art de la reconstruction 3D du foie Aujourd’hui, la reconstruction 3D du foie attire de plus en plus l’attention et l’intérêt des chercheurs. Nous allons citer quelques travaux ayant traité ce thème. Maxime Gérard [42] a abordé le problème de la modélisation 3D des artères hépat iques sur des images ARM et US. Son approche consiste à recaler l’image ARM portale et artérielle ensuite l’image artérielle est alignée sur l’image US 3D. Ceci est le premier outil qui permet d’intégrer un modèle 3D des artères hépatiques, spécifique à l’anatomie du patient, avec des images US pour des interventions hépatiques. Gabriel Chartrand [10] a présenté un outil de segmentation interactif avec des possibilités de modélisation interactive de divers structures anatomiques. Dans un deuxième temps, un outil dédié à la modélisation du parenchyme hépatique est décrit et évalué pour la segmentation d’images TDM et IRM. Finalement, un outil de modélisation des arbres vasculaires est présenté, permettant de définir les zones de perfusion et de drainage du foie. Luc Soler et al. [43] ont traités le problème de la reconstruction automatique du patient virtuel à partir de CT Scans pour la chirurgie hépatique. Ils ont proposés des algorithmes de modélisation suivie par l’application de la morphologie mathématique. L’algorithme est testé sur une base de données locale de 30 patients et garanti une meilleur sensibilité que l’expert. Nazim Haouchine et al. [44] ont étudiés la réalité augmentée pour la chirurgie minimalement invasive du foie. Ils ont utilisé comme méthode les modèles déformables mécaniques et le recalage non rigide. Ils ont arrivent à une erreur entre les positions estimées et réelles d’une tumeur artificielle implantée, inferieure aux marges chirurgicales actuelles. La simulation d’hépatectomie 3D basée sur la circulation hépatique [45] a été faite par Shinichi Saito et al., Ils ont développé un logiciel de simulation d’hépatectomie, qui est capable d’analyser la structure vasculaire 3D et les marges de la résection hépatique, ce logiciel a été très utilisé par les chirurgiens.

Après cette citation des méthodes de segmentation, qui s’est voulue la plus objective possible, aucune technique ne se détache pour prétendre au titre de «meilleure » méthode. En effet, chacune d’entre elles possède des avantages et des inconvénients, est plus adaptée à un type d’image ou à un problème donné qu’une autre. La solution des problèmes d’analyse d’images passe donc par l’enchaînement de certaines des « briques » que nous avons présentées: prétraitement, extraction de contours ou de régions, pos-traitement. Ces enchaînements ne sont probablement pas uniques et nécessitent de faire coopérer plusieurs opérateurs (de l’approche région et de l’approche contour). Il reste encore à l’utilisateur à définir ces enchaînements, à choisir les traitements en fonction de la nature des images et des buts à atteindre et enfin à régler les paramètres. La segmentation n’est donc pas un traitement isolé, elle s’intègre dans une approche « système » de l’analyse d’images. Cependant, on ne peut que se laisser guider par les résultats les plus prometteurs obtenus par les chercheurs et nous optons pour l’implémentation la croissance de région et la morphologie mathématique pour segmenter le foie. Dans le prochain chapitre, nous présentons notre approche détaillée pour résoudre le problème de la segmentation 2D de toutes les coupes Scanner du foie. Ce qui nous conduira à la reconstruction 3D du foie et de son système vasculaire.