stic

L'analyse et le traitement d'images médicales est une discipline en essor constant depuis l'avènement de l'informatique scientifique. Elle constitue une aide pour le diagnostic médical. Les chercheurs dans ce domaine ont besoin d'établir un ensemble de protocoles d'évaluation et de validation des algorithmes élaborés. Les médecins experts dans leur domaine mais non spécialistes en informatique ont besoin d'exécuter les programmes qui composent une chaîne de traitement, de vérifier la consistance de quelques méthodes d'analyse d'images, de comparer des algorithmes, d'évaluer des résultats, de revenir sur certains paramètres, et de les réajuster. Pour ce faire, nous utilisons des techniques d'Intelligence Artificielle et nous proposons des systèmes à base de connaissances dédiés au pilotage automatique de programmes dont le but est d'automatiser l'utilisation de logiciels complexes, grâce à des systèmes capables de planifier des traitements et d'en contrôler l'exécution. Un système de pilotage est un système à base de connaissances qui assure la sélection et l'enchaînement de programmes dans différentes configurations, grâce au raisonnement de son moteur et aux connaissances contenues dans sa base.

En réponse à une demande de résolution de problème d'utilisateur (un médecin ou un chercheur en analyse d'image médicale dans notre cas), le rôle d'un système de pilotage consiste à sélectionner les meilleurs programmes, à lancer leur exécution en fonction du problème à traiter et à les enchaîner correctement pour atteindre une solution.

L'objectif de ce projet est l'étude des différentes modalités de distribution de systèmes à base de connaissances pour le pilotage de programmes de traitement et d'interprétation d'images médicales. En effet, de plus en plus d'applications en grandeur réelle impliquent des participants inter ou intra-équipes disséminées sur divers sites. Le pilotage de programmes rend possible le seul partage de la compétence sur l'utilisation des programmes et favorise l'accès à des programmes complexes, même pour des utilisateurs novices.

Dans ce contexte, la répartition des systèmes à base de connaissances [Lej94] sera envisagée sous différents points de vue :

II. Complémentarité des équipes

III. Coopération dans le cadre du STIC

Stage d'étude (01/09/2003 -- 30/12/2003)

Par ailleurs, une base de connaissances de quelques programmes d'analyse et de traitement d'images médicales sur la détection de l'ostéoporose a été développée. La figure suivante montre la BC telle qu'elle est visualisée par GIPSE (l'interface graphique de la plate-forme de développement de bases de connaissances LAMA).

La seconde étape, a consisté à enrichir le serveur de pilotage developpe au cours d'un stage precedent [TBS00] afin de faire fonctionner dessus les bases de connaissances de reconstruction 3D et d'indexation avec des images et des programmes significatifs de l'unité de recherche GRIFT.

Séminaire

Visites entre équipes

- Septembre 2003: visite de W. Lejouad-Chaari, S. Sevestre-Ghalila et F. Ghorbel a l'INRIA Sophia.

Nous avons également commencé à détailler le plan de travail pour la thèse à venir et des dates approximatives concernant l'avancement du travail ont été fixées.

- Décembre 2003: visite de S. Moisan à l'ENSI deTunis

     - Avancement dans les démarches de la co-tutelle pour la thèse.
     - Discussion sur l'écriture d'un article en cours.
     - Enrichissement de la base de connaissances avec d'autres programmes...

- Avril 2004 : visite de S. Moisan à l'ENSI de Tunis

- Novembre 2004 : visite prévue de Khaled Ghedira et Wided Lejouad-Chaari à l'INRIA Sophia

- Juillet 2005 : Visite de Jean Paul Rigault à L'ENSI de Tunis.

Cette visite a eu lieu du 19 au 22 juillet 2005 . Elle a remplacé la visite de Sabine Moisan prévue fin mars 2005 et qui n'a pu avoir lieu par suite de l'indisponibilité de l'intéressée.
Jean-Paul Rigault est professeur à l'université de Nice, collaborateur extérieur du projet Orion, et profitera d'une année de délégation dans ce projet à partir du 1er septembre 2005.

1 Personnes rencontrées

M. Khaled Ghedira, professeur, directeur de l'ensi (École nationale en sciences informatiques), Tunis ;
Mme Wided Lejouad-Chaari, maître-assistant, directeur des études de l'ENSI ;
Mme Sylvie Sevestre-Ghalila, maître de conférences, université de Paris V, actuellement à l'ESSAI (École supérieure de la statistique et de l'analyse de l'information) ;
M. Naoufel Khayati, doctorant dans le cadre d'une thèse en co-tutelle entre l'université de Nice (encadrant : Sabine Moisan) et l'ENSI (encadrants : M. Khaled Ghadira et Mme Lejouad-Chaari) ;
M. Wadji Selmi, étudiant en 2e année à l'ENSI.

2 Objectifs de la visite

Le but de cette visite était quadruple :

1. Installer à l'ENSI une plate-forme de démonstration de détection de l'ostéoporose à partir d'images osseuses reposant sur le moteur de supervision de programmes Pégase ;
2. Faire le point sur l'avancement du travail de thèse de M. Naoufel Khayati depuis son retour à Tunis début 2005 ;

3. Préparer le séjour de M. Kahayati à l'INRIA, fin 2005 ;

4. Étudier des possibilités d'extension de l'application (détection de l'ostéoporose).

3 Déroulement de la visite

3.1 Le 19 juillet

Cette demi-journée a, d'une part, permis d'établir le planning des deux jours suivants et, d'autre part, donné l'occasion à Mme Lejouad-Chaari d'évoquer la visite à l'ENSI, fin mars, de Christine Chappart (CHR d'Orléans). Cette visite a mis en évidence un certain nombre de traitements supplémentaires ou d'extensions que les médecins souhaiteraient voir intégrer au système (objectif 4), comme :

garder l' historique des analyses et des traitements (informatiques) réalisés avec pour objectif à terme d'être capable d'étudier le comportement des praticiens ;
viser un système multi-images/multi-praticiens : plusieurs praticiens étudient simultanément la même image ou des images différentes du même patient ou de patients différents ; il est à noter que les scénarios correspondants restent à établir (du côté médical) ;
supporter différents programmes (de calcul, de statistiques, de traitement d'images) ou différentes versions de ces programmes (à l'heure actuelle, Pégase s'interface avec des langages de commande système comme les « shells » ou avec Matlab).

3.2 Le 20 juillet

Cette journée a été consacrée à l'installation à l'ENSI d'une version du moteur Pégase et de la base de connaissances de pilotage des programmes de traitement de l'ostéoporose (ces derniers écrits en Matlab par Sylvie Sevestre-Ghalila). Ceci constituait l'objectif 1.

Depuis la démonstration mise en place lors de la visite de Wided Lejouad-Chaari et de Sylvie Sevestre-Ghalila en novembre 2004, Pégase et Matlab ont changé de version ; par ailleurs la version de référence utilisée à l'INRIA tourne sur le système Linux, alors que l'ENSI souhaitait disposer d'une version exécutable sous Microsoft Windows xp.

Si l'essentiel du travail de portage de Pégase sous Windows et d'adaptation de son interface à Matlab v7 avaient pu être effectués à l'INRIA (fin juin-début juillet), ce n'était pas le cas pour la mise à jour des programmes devant s'exécuter sous Matlab, qui nécessitait la compétence de Mme Sevestre-Ghalila. La journée a donc été essentiellement consacrée à la mise à jour et l'adaptation de ces programmes Matlab.

Faute de temps, il n'a pas été possible de discuter de manière approfondie l'interfaçage entre Pégase et l'outil d'analyse statistique R, produit « open source » sous licence gpl (objectif 4).

3.3 Le 21 juillet

Cette journée a été consacrée à l'avancement de la thèse de Naoufel Khayati (objectif 2) et à la préparation de sa venue à l'INRIA en septembre 2005 (objectif 3).

M. Khayati a encadré des étudiants de l'ENSI lors de leur projet de 2e année, sur des thèmes en rapport direct avec son sujet de thèse :

deux projets ont traité de la sécurisation des agents mobiles tels que supportés par la plate-forme Aglets ; ce thème est particulièrement important pour des applications distribuées en milieu médical, où se posent à l'évidence d'importants problèmes de confidentialité :
un troisième projet visait à évaluer l'utilisabilité de protocoles « à la cvs » pour la mise à jour concurrente de bases de connaissances distribuées ; l'étudiant, M. Wadji Selmi, a pu nous faire une démonstration des résultats de son projet.

Il est à noter que ces deux projets devraient être poursuivis, approfondis et plus focalisés sur l'application envisagée, par une partie des mêmes étudiants dans le cadre de leur travail de fin d'étude l'an prochain. Les résultats de ces projets devraient être intégrés dans le document d'avancement de thèse de M. Khayati.

La poursuite du travail de thèse de Naoufel Khayati et la préparation de son séjour en fin 2005 font l'objet des deux sections suivantes.

4 Thèse de Naoufel Khayati : travaux à effectuer

La discussion a permis de lister les efforts restant à effectuer et de les classer par importance (ou priorité) notée de P1 (le plus important) à P3.

4.1 Élaboration d'une première plate-forme distribuée (P1)

Cette activité devrait permettre de vérifier très rapidement l'approche distribuée proposée, reposant sur des agents mobiles Aglets. Elle sera bien entendu appliquée à la détection de l'ostéoporose, et se basera sur la démonstration installée à l'ENSI (3.2), mais qui est actuellement dans une version centralisée. À cet occasion, il parait souhaitable de disposer d' exemples d'images osseuses de taille plus réduite , afin d'avoir des temps d'exécution compatibles avec des tests intensifs (l'application actuelle demande plusieurs minutes, entre 4 et 8 suivant la puissance de la machine !).

À partir de scénarios simples, il s'agit de définir et d'implémenter

1. l' architecture de base des agents mobiles : types d'agents, contenu, interaction entre agents et avec le serveur de pilotage ;
2. une première version (simplifiée) d'une ontologie des métadonnées nécessaires pour identifier les programmes et traitements que les agents vont aller solliciter sur le réseau, ainsi que leur condition d'exécution (paramètres, droits d'accès...) ; cette activité nécessitera de modifier Yakl, le langage de description des connaissances de Pégase ; à ce point, les modifications devraient être légères ;

3. un premier jet de la gestion de la sécurité et de la confidentialité des agents mobiles.

4.2 Enrichissement de la plate-forme (P2)

La plate-forme précédente doit ensuite être rendue plus réalistement utilisable en poursuivant l'étude selon quatre axes complémentaires :

1. amélioration de l' ontologie des métadonnées et des algorithmes de recherche, et lien avec le web sémantique ; ceci devrait induire des modifications de Yakl plus profondes que précédemment ;
2. complexification des agents mobiles :
possibilité d 'embarquement d'un moteur de règles et de connaissances associées,
interaction avec le serveur pour accéder à des connaissances non embarquées,
si nécessaire, modification de Yakl afin de permettre l'embarquement de certainss connaissances,
comparaison des agents mobiles utilisés (Aglets) avec d'autres systèmes d'agents relevant plus de l'intelligence artificielle (par exemple Jade) ;
3. interface entre Pégase et le logiciel R d'analyse statistique , extension considérée comme importante par les médecins participant au projet.

4. enrichissement de la sécurité et de la confidentialité des agents mobiles.

4.3 Étude des modifications concurrentes des bases de connaissances (P2)

Cette activité est de fait assez indépendante du reste du travail et peut donc être menée en parallèle. Lors de modifications concurrentes, il est nécessaire de conserver la cohérence de la base. Cette cohérence peut s'analyser à plusieurs niveaux, du plus simple au plus complexe :

la cohérence textuelle : les conflits textuels peuvent être détectés par un outil à la cvs, comme celui réalisé dans le cadre du projet étudiant (3.3) ;
la cohérence textuelle ne suffit pas à assurer que la base est toujours représentable en Yakl ; cette cohérence syntaxique nécessite l'intervention de l'analyseur Yakl ;
enfin, il convient de garantir une cohérence sémantique de la base, point sur lequel un important travail reste à accomplir.

4.4 Autres extensions (P3)

On peut citer, par ordre d'importance décroissante :

1. l'élaboration de nouveaux scénarios, par exemple mettant en ?uvre un système multi-images/multi-praticiens tel qu'évoqué en 3.1 ;
2. la prise en compte de l'historique et l'analyse du comportement des praticiens, également évoqué en 3.1 ;

3. l'intégration de la plate-forme de pilotage distribuée dans le cadre des « services web », etc.

Les deux premiers points nécessitent un travail important de définition et de spécification, à mener en commun avec les spécialistes du domaine. En outre, pris dans leur généralité, ils paraissent largement déborder le cadre de la thèse de Naoufel Khayati.

Aborder le dernier point serait certes souhaitable, mais ne parait pas indispensable au succès de la plate-forme proposée.

5 Calendrier résumé des activités de thèse de Naoufel Khayati

Avant le 12/09/2005

Mise à jour du document d'avancement :

prise en compte et intégration des résultats des projets d'étudiants mentionnés en 3.3 ;
élaboration des scénarios simples de la première plate-forme (4.1) ;
finalisation des objectifs et du présent calendrier.

Du 12 au 30/09/2005

Arrivée de Naoufel Khayati à l'INRIA Sophia Antipolis. Implémentation de la première plate-forme (4.1).

Du 01/10/2005 au 15/01/2006

Étude des points de priorité P2, en particulier les points 1, 2 et 3 de 4.2 ; l'objectif est de disposer d'une plate-forme « enrichie » à la fin du séjour de Naoufel Khayati à l'INRIA (mi-janvier 2006).

Premier semestre 2006

Poursuite des travaux sur la modification concurrente des bases de connaissances (4.3) en partie dans le cadre de projets de fin d'étude à l'ENSI. Dans le même cadre, étude de l'amélioration de la sécurité et de la confidentialité des agents (point 4 de 4.2).

Éventuellement prise en compte de quelques unes des extensions de priorité P3 (4.4).

Second semestre 2006

Finalisation du travail et rédaction, pour une soutenance prévue en principe fin 2006.

Pendant toute cette période, de manière orthogonale, un effort doit être fait pour soumettre une (ou plusieurs) publication(s) . Nos partenaires tunisiens insistent tout particulièrement sur ce point, souhaitant que toute thèse puisse être confortée par des publications acceptées dans des revues ou de bonnes conférences.

IV. Sujet de thèse de Naoufel Khayati.

Pour un système à base de connaissances, différents cas de distribution sont à envisager : par exemple, un utilisateur final peut lancer une requête de traitement sur des programmes et des données locaux, avec un moteur et une base de connaissances distants. Chaque forme de distribution peut engendrer des problèmes différents dus à de nombreux facteurs, comme : la complexité des données à transférer, les besoins spécifiques de ressources (matérielles ou logicielles) pour l'exécution de certains programmes, la gestion de la cohérence des connaissances d'usage sur les mêmes programmes ou des programmes d'objectif similaire en différents sites, etc. la principale difficulté vient du fait qu'il faut distribuer outre les données, des programmes et des connaissances.

L'objectif est de rendre la distribution le plus possible transparente aux utilisateurs. A long terme, nous souhaitons proposer des solutions de coopération et de partage qui permettent à des équipes de mettre en commun des programmes et les connaissances sur leur utilisation. Nous voulons donc concevoir une plate-forme pour des bases de connaissances distribuées, applicable aux problèmes d'analyse et de traitement d'images médicales. Les résultats attendus de la thèse sont :

I. Objectif scientifique