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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE ABOU—BAKR—BELKAID TLEMCEN FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE ET ELECTRONIQUE LABORATOIRE DE GENIE BIOMEDICAL Thèse Présentée et soutenue en mai 2014 Par FEROUI AMEL Pour obtenir le titre de Docteur Spécialité : Electronique Biomédicale ANALYSE DES IMAGES COULEUR DU FOND D’ŒIL POUR L’AIDE AU DIAGNOSTIC EN OPHTALMOLOGIE: APPLICATION A LA DETECTION DES PATHOLOGIES RETINIENNES. Composition du jury CHIKH MOHAMMED EL AMINE BESSAID ABDELHAFID KADDOUR ABELHAFID TALEB NESREDDINE MAHMOUDI SAID BENTOUTOU YOUCEF PR. Université de TLEMCEN PR. Université de TLEMCEN PR. USTO, ORAN PR. Université de SIDI BELABBES PR. Université de MONS, Belgique DR. Centre des Techniques Spatiales, Oran Président Directeur de Thèse Examinateur Examinateur Examinateur Examinateur Résumé : La rétinopathie diabétique (RD) et la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) sont les principales causes de cécité et de déficience visuelle chez les adultes. La détection précoce de ces maladies par un dépistage régulier est particulièrement importante pour prévenir la perte de vision. La mise en œuvre de méthodes reposant sur la détection précoces des signes cliniques de la RD et la DMLA permettent d’améliorer grandement le diagnostic de ces maladies. nous proposons dans cette thèse un système d’analyse d’images du fond d’œil intégrant les techniques de traitement d’images pour la détection des lésions liées à ces maladies a savoir : les micro-anévrismes, les hémorragies , les exsudats et les druses. La détection des pathologies liée à la RD et la DMLA, se base essentiellement sur l’extraction des structures anatomiques principales de la rétine: le réseau vasculaire, le disque optique et la macula. Les méthodes de détection des pathologies rétiniennes proposées dans cette thèse utilisent la morphologie mathématique et les algorithmes de classification. Les algorithmes développés dans le cadre de ce travail sont testés sur un ensemble d’images des bases des données MESSIDOR, DIARETDB1, DRIVE, et STARE. L’évaluation des méthodes proposées est effectuée par une comparaison des résultats obtenus par rapport à la vérité terrain et par rapport aux travaux de recherche existants dans ce domaine. Mots clés : Ophtalmologie ; Analyse du fond d’œil ; Rétinopathie diabétique ; Dégénérescence maculaire liée a l’âge ; Segmentation ; Morphologie mathématique ; Classification Abstract: Diabetic retinopathy (DR) and age related macular degeneration (AMD) are the leading causes of blindness and visual impairment in adults. Screening of these diseases is particularly important to prevent vision loss. Implementation of the methods based on early detection of clinical signs of DR and AMD allow greatly improve the diagnosis of these diseases. In this thesis, we propose an analyzing fundus image system integrating image processing techniques for lesions detection associated with these diseases namely: micro-aneurysms, hemorrhages, exudates and Drusen . Detection of pathologies related to DR and AMD, is essentially based on the extraction of the main anatomical structures of the retina vascular network, the optical disc and the macula. In this thesis, the methods based on mathematical morphology and classification algorithms to retinal pathologies detection are used. The algorithms developed in the framework of this work are tested on a set of images database MESSIDOR DIARETDB1, DRIVE and STARE. The evaluation of the proposed methods is performed by comparing the results against the ground truth and compared to existing research in this area. Keywords: Ophthalmology; Analysis fundus image, diabetic retinopathy, age related macular degeneration, segmentation, mathematical morphology, classification. ا ﻟﻤﻠﺨﺺ: ﯾﻌﺪ اﻋﺘﻼل اﻟﺸﺒﻜﯿﺔ ﺑﺴﺒﺐ داء اﻟﺴﻜﺮي و اﻟﻀﻤﻮر اﻟﺸﺒﻜﻲ )اﻟﺒﻘﻌﻲ( اﻟﻤﺮﺗﺒﻂ ﺑﺘﻘﺪم اﻟﻌﻤﺮ ﻣﻦ أﺣﺪ اﻷﺳﺒﺎب اﻟﺮﺋﯿﺴﯿﺔ اﻟﻤﺆدﯾﺔ ﻟﻠﻌﻤﻰ وﺿﻌﻒ اﻟﺒﺼﺮ ﻟﺪى اﻟﺒﺎﻟﻐﯿﻦ. ﻓﻲ ﺣﯿﻦ ﯾﻌﺘﺒﺮ اﻟﻜﺸﻒ واﻟﻌﻼج اﻟﻤﺒﻜﺮ ﻟﮭﺬه اﻻﻣﺮاض ﻋﻦ ﻃﺮﯾﻖ إﺟﺮاء ﻓﺤﺺ ﻃﺒﻲ ﺷﺎﻣﻞ ﻣﻨﺘﻈﻢ ﻟﻠﻌﯿﻦ ، اﻟﻄﺮﯾﻘﺔ اﻟﻤﺜﻠﻰ ﻟﻠﺴﯿﻄﺮة وﺗﺠﻨﺐ اﻟﻜﺜﯿﺮ ﻣﻦ اﻷﻣﺮاض اﻟﺘﻲ ﻗﺪ ﺗﺤﺮم اﻹﻧﺴﺎن أﻏﻠﻰ ﻧﻌﻤﺔ ﻟﺪﯾﮫ. وﻋﻠﯿﮫ ﻓﺎن اﻟﻠﺠﻮء اﻟﻲ وﺿﻊ أﺳﺎﻟﯿﺐ ﻟﻠﻜﺸﻒ اﻟﻤﺒﻜﺮ ﻋﻦ اﻻﻋﺮاض اﻟﻄﺒﯿﺔ اﻷوﻟﻰ ﻻﻋﺘﻼل اﻟﺸﺒﻜﯿﺔ ﺑﺴﺒﺐ داء اﻟﺴﻜﺮي واﻟﻀﻤﻮر اﻟﺸﺒﻜﻲ ﯾﺴﻤﺢ ﺑﺸﻜﻞ ﻛﺒﯿﺮ ﻣﻦ ﺗﺸﺨﯿ ﺺ ھﺬه اﻷﻣﺮاض. ﻗﺎﻣﺖ اﻟﺪراﺳﺔ ﺑﺘﺤﻘﯿﻖ ﻧﻈﺎم ﻟﺘﺤﻠﯿﻞ ﺻﻮر ﻗﺎع اﻟﻌﯿﻦ ﻣﻦ ﺧﻼل ﺗﻘﻨﯿﺎت وأدوات اﻟﻤﻌﺎﻟﺠﺔ اﻟﺮﻗﻤﯿﺔ ﻟﻠﺼﻮر ﻧﺬﻛﺮ ﻣﻨﮭﺎ اﻟﻤﻮرﻓﻮﻟﻮﺟﯿﺎ اﻟﺮﯾﺎﺿﯿﺔ ﻻﺳﺘﺨﺮاج اﻟﻌﻼﻣﺎت اﻷوﻟﻰ اﻟﻤﻤﯿﺰة ﻟﻸﻣﺮاض اﻟﺴﺎﺑﻖ ذﻛﺮھﺎ ﺛﻢ ﺗﺼﻨﯿﻔﮭﺎ. اﺑﺘﺪاء ﺑﺎﺳﺘﺨﺮ اج اﻟﮭﯿﺎﻛﻞ اﻟﺘﺸﺮﯾﺤﯿﺔ اﻟﺮﺋﯿﺴﯿﺔ ﻟﻠﺸﺒﻜﺔ اﻷ وﻋﯿﺔ اﻟﺪﻣﻮﯾﺔ اﻟﺸﺒﻜﯿﺔ، اﻟﻘﺮص اﻟﺒﺼﺮي واﻟﺒﻘﻌﺔ. ﺗﻢ ﺗﻄﺒﯿﻖ وﺗﺠﺮﺑﺔ اﻟﺨﻮارزﻣﯿﺎت اﻟﻤﻘﺘﺮﺣﺔ ﻓﻲ ھﺬه اﻟﺪراﺳﺔ ﻋﻠﻰ ﻣﺠﻤﻮﻋﺔ ﻣﻦ ﺻﻮر اﻟﻤﺘﺤﺼﻞ ﻋﻠﯿﮭﺎ ﻣﻦ ﻗﻮاﻋﺪ اﻟﺒﯿﺎﻧﺎت اﻟﺘﺎﻟﯿﺔMESSIDOR ، DIARETDB1 ، DRIVEوSTARE.ﺗﻢ ﺗﻘﯿﯿﻢ اﻟﻨﺘﺎﺋﺞ اﻟﻤﺘﺤﺼﻞ ﻋﻠﯿﮭﺎ ﻣﻦ ﺧﻼل ﻋﺮﺿﮭﺎ ﻋﻠﻰ أﺧﺼﺎﺋﻲ ﻃﺐ اﻟﻌﯿﻮن وﻣﻘﺎرﻧﺘﮭﺎ ﺑﺎﻟﺪراﺳﺎت اﻟﺴﺎﺑﻘﺔ ﻓﻲ ﻣﺠﺎل اﻟﺒﺤﺚ. اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﺮﺋﯿﺴﯿﺔ:ﻃﺐ وﺟﺮاﺣﺔ اﻟﻌﯿﻮن ؛ ﺗﺤﻠﯿﻞ ﺻﻮر ﻗﺎع اﻟﻌﯿﻦ، اﻋﺘﻼل اﻟﺸﺒﻜﯿﺔ ﺑﺴﺒﺐ داء اﻟﺴﻜﺮي، اﻟﻀﻤﻮر اﻟﺸﺒﻜﻲ )اﻟﺒﻘﻌﻲ(، اﻟﺘﺠﺰﺋﺔ، ﻣﻮرﻓﻮﻟﻮﺟﯿﺎ اﻟﺮﯾﺎﺿﯿﺔ ، اﻟﺘﺼﻨﯿﻒ. Je dédie ce modeste travail, A ma mère avec toute mon affection, A mon père avec toute ma reconnaissance, A mes sœurs, A mon frère, A ma famille, A mon fiancé Et à tous mes amis. Remerciement A l'issue de la rédaction de cette thèse, je suis convaincue que la thèse est loin d'être un travail solitaire. En effet, je n'aurais jamais pu réaliser ce travail doctoral sans le soutien d'un grand nombre de personnes dont la générosité, la bonne humeur et l'intérêt manifestés à l'égard de ma recherche m'ont permis de progresser dans cette phase. Qu’elles trouvent dans ce travail l’expression de mes plus sincères remerciements. En premier lieu, Je tiens à exprimer mes plus vifs remerciements au professeur BESSAID ABDELHAFID qui fut pour moi un Directeur de Thèse attentif et disponible malgré ses nombreuses charges. Sa compétence, sa rigueur scientifique et sa clairvoyance m’ont beaucoup appris. Je le remercie également pour ses multiples conseils et pour toutes les heures qu'il a consacrées à diriger cette recherche. Je n’oublie pas enfin son aide précieuse dans la correction de ma thèse. Enfin, j’ai été extrêmement sensible à ses qualités humaines d'écoute et de compréhension tout au long de ce travail doctoral. Je tiens à témoigner toute ma reconnaissance à Monsieur MESSADI MAHAMMED ; maitre de conférences pour son attention de tout instant sur mes travaux, pour ses conseils avisés et son écoute qui ont été prépondérants pour la bonne réussite de cette thèse. Son aide précieuse a beaucoup contribué à l’aboutissement de cette thèse. Bien sûr, atteindre ces objectifs n’aurait pas été possible sans l’aide du Docteur LAZZOUNI, et son fils LAZZOUNI AMINE pour m’avoir accueilli dans la clinique d’ophtalmologie LAZZOUNI à chaque fois que j'ai sollicité son aide dans la lecture des images rétiniennes tout au long de mon travail. Je remercie, en particulier le Professeur CHIKH MOHAMMED AMINE, pour l’honneur qu’il me fait d’être dans mon jury. Je tiens à remercier Monsieur, KADDOUR ABELHAFID, professeur a l’USTO,Oran, Monsieur TALEB NESREDDINE, Professeur a l’Université de Bel-Abes , Monsieur MAHMOUDI SAID, Professeur a l’ Université de MONS, Belgique et Monsieur BENTOUTOU YOUCEF, Directeur de Recherche au Centre des Techniques Spatiales, Oran d’avoir accepté d’examiner cette thèse. Je tiens aussi à mentionner le plaisir que j'ai eu à travailler au sein de notre Laboratoire de Génie Biomédicale. Mention spéciale à tous les membres du laboratoire pour leur sympathie, leur amitié, leur aide et leur bonne humeur, ainsi que pour la très bonne ambiance que j'ai toujours trouvée au laboratoire, Nous avons partagé de bons moments. Le cadre de travail était idéal 1 Table des matières LISTE DES FIGURES LISTE DES TABLEAUX INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................ 1 Chapitre.1. Aspect Médical Introduction .........................................................................................................................7 I. Description Générale de l’Œil.......................................................................................7 I.1. Anatomie du globe oculaire........................................................................................7 II. Les pathologies Rétiniennes.................................................................................... 14 II.1. La Rétinopathie Diabétique (RD)............................................................................ 14 II.1.1. Signes Cliniques de la RD ................................................................................. 15 II.1.2. Classification des stades de la RD.................................................................... 19 II.2. Le Glaucome............................................................................................................20 II.3. la Cataracte ..............................................................................................................20 II.4. Dégénérescence maculaire liée a l’âge (DMLA) ....................................................20 II.4.1. Signes cliniques de la DMLA ............................................................................ 21 II.4.1.1. Maculopathie liée à l’âge (MLA) ................................................................. 21 II.4.1.1.2. Forme atrophique…………………………………………………………………………………..21 II.4.1.1.3. Forme exudative……………………………………………………………………………………21 III. Techniques d’Acquisition des Images Rétiniennes................................................22 III.1. Rétinographe mydriatique(RM) et non mydriatique(RNM)................................22 III.2. Angiographie a la fluorescence .............................................................................22 III.3. Tomographie a Cohérence Optique (OCT)..........................................................23 IV. Dépistage de la RD et DMLA ..................................................................................24 Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………24 2 Chapitre.2. Etat de l’Art Introduction .......................................................................................................................26 I. Etat de l’Art..................................................................................................................26 II.1. Segmentation des éléments principaux de la rétine ............................................. 26 II.1.1. Segmentation du réseau vasculaire .................................................................. 26 II.1.2. Segmentation du disque optique (DO) ........................................................... 29 II.1.3. Détection de la macula......................................................................................30 II.2. Détection de la Rétinopathie Diabétique...............................................................34 II.2.1. Détection des lésions lumineuses.....................................................................34 II.2. 2. Détection des lésions Sombres........................................................................37 II.2. Détection de la dégénérescence macula ire liée a l’âge........................................ 40 Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………41 Chapitre.3. Segmentation des éléments principaux de la rétine Introduction .......................................................................................................................43 I. Système d’Analyse des Images Rétiniennes Proposé.................................................43 I.1. Évaluation de la qualité de l'image...........................................................................43 I.2. Segmentation des principales composantes anatomiques de la rétine ................ 44 I.3. La détection des lésions liées a la RD et la DMLA ................................................. 44 I.4. La mise en œuvre d'un système d’évaluation..........................................................45 II. Description des bases de Données ...............................................................................45 II.1. Base d’images « DRIVE........................................................................................... 46 II.2. Base d’images « STARE » ........................................................................................47 II.3. Base d’images «MESSIDOR»...................................................................................47 II.4. Base d’images DIARETDB1 .................................................................................... 49 III. Détection du Réseau Vasculaire, Disque Optique et Macula................................50 III.1. Segmentation de l’arbre vasculaire........................................................................50 III.1.1.Méthode proposée .............................................................................................50 III.1.2.Résultats et Discussion....................................................................................... 61 III.2 Segmentation du disque optique............................................................................. 64 III.2.1. Méthodologie.....................................................................................................65 III.2.2. Résultats et Discussion.................................................................................... 71 III.3. Segmentation de la macula......................................................................................75 III.3.1. Méthodologie....................................................................................................75 III.3.4 Résultats uploads/Sante/ these-feroui-ohetalmologie.pdf