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Theses

Image/Model Fusion for the Quantification of Mitral Regurgitation Severity

Alexandre This 1, 2
1 Philips Research
Medisys - MedisysResearch Lab
2 COMMEDIA - COmputational Mathematics for bio-MEDIcal Applications
Inria de Paris, LJLL (UMR_7598) - Laboratoire Jacques-Louis Lions
Résumé : Afin d'assurer le bon fonctionnement des organes du corps humain, un apport régulier en nutriment et en oxygène est nécessaire. Cet apport est assuré par la contraction régulière du c\oe{}ur, organe majeur du système cardiovasculaire. De manière périodique, le c\oe{}ur -- partitionné en quatre cavités -- se remplit de sang puis se contracte pour l'éjecter vers les différents organes du corps. L'oreillette droite et le ventricule droit permettent l'envoi le sang désoxygéné aux poumons, alors que l'oreillette gauche et le ventricule gauche envoient le sang oxygéné au reste du corps. Quatre valves passives permettent de prévenir les reflux de sang entre les différentes cavités cardiaques. En conséquence de certaines pathologies cardiaques, il arrive que ces valves ne fonctionnent pas correctement, pouvant entra\^iner un flux rétrograde de sang. Dans le cas de la valve mitrale, située entre le ventricule gauche et l'oreillette gauche, on parle de régurgitation mitrale. La prise en charge de cette maladie est complexe et peut nécessiter des traitements lourds tels que le remplacement de la valve. Il est donc nécessaire de quantifier au mieux la sévérité de la régurgitation mitrale pour proposer un traitement adapté. Diverses techniques ont été mises au point afin de quantifier la sévérité de la régurgitation mitrale. Par exemple, la méthode PISA (Proximal Isovelocity Surface Area), fondée sur des hypothèses simplificatrices, permet d'estimer la taille de l'orifice régurgitant ainsi que le volume de sang régurgité lors d'un battement cardiaque à partir d'images échocardiographiques Doppler. Malgré sa popularité, cette méthode souffre d'un certain nombre de défauts portant sur la précision de l'estimation et sur sa reproductibilité. Les développements récents en imagerie échographique permettent l'acquisition de données pertinentes en ce qui concerne l'hémodynamique cardiaque et la dynamique ventriculaire. D'autre part, la maturité de la modélisation numérique cardiaque permet de simuler les écoulements sanguins de manière satisfaisante. Dans ce contexte, il est fait l'hypothèse que combiner des images échocardiographique avec des modèles numériques pourrait aider à améliorer la quantification de la régurgitation mitrale et par conséquent la qualité de prise en charge des patients. Dans la première partie de cette thèse, un modèle numérique 3D de l'hémodynamique cardiaque est présenté. On s'attache notamment à y intégrer un modèle de régurgitation mitrale à la fois versatile et simple de mise en oeuvre. Des exemples numériques permettent d'apprécier les avantages et les inconvénients du modèle proposé. On en profitera également pour proposer un modèle permettant la modélisation des phases isovolumétriques du c\oe{}ur. Un modèle relativement précis de l'hémodynamique cardiaque, mais de complexité numérique raisonnable, est ainsi obtenu à l'issue de cette première partie. La seconde partie de cette thèse décrit la stratégie adoptée pour permettre la fusion de données provenant des images médicales avec des modèle numériques. Dans un premier temps, une méthode automatique permettant la personnalisation du modèle numérique développé dans la première partie du manuscrit, à partir d'images médicales, est présentée. Une base de donnée d'images échocardiographique est utilisée pour tester la robustesse de la méthode. Cette variabilité de cas est également utilisée pour la simulation de régurgitations synthétiques, permettant ainsi une évaluation systématique la méthode PISA. Une seconde étape consiste à évaluer à quel point l'absence de composante tangentielle du mouvement des parois, une composante du mouvement difficile à obtenir en échocardiographie, peut impacter l'hémodynamique cardiaque. Enfin, comme les méthodes présentées sont encore trop complexes d'un point de vue numérique, on termine la thèse avec la présentation d'une méthode de reconstruction du flux sanguin combinant des images Doppler Couleur à des contraintes physiques liées à l'incompressibilité du sang. Une évaluation quantitative de la qualité de cette reconstruction est permise par l'utilisation des simulations numériques produites tout au long de cette thèse.
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https://hal.inria.fr/tel-02176167
Contributor : Miguel Angel Fernández <>
Submitted on : Sunday, July 7, 2019 - 5:54:58 PM
Last modification on : Friday, May 29, 2020 - 3:59:33 PM

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  • HAL Id : tel-02176167, version 1

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Alexandre This. Image/Model Fusion for the Quantification of Mitral Regurgitation Severity. Numerical Analysis [math.NA]. Sorbonne Université, 2019. English. ⟨tel-02176167⟩

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