Dissertations / Theses on the topic 'Application en angiographie'

Ce travail est une application de la théorie des problèmes inverses à la reconstruction 3-D des artères coronaires avec compensation du mouvement à partir de données Rot-X. Dans un premier temps nous étudions le problème inverse en dimension finie et infinie. En dimension finie nous nous concentrons sur la modélisation du problème inverse en tomographie en définissant la notion de base de voxels et de matrice de projection, en vue de pouvoir se ramener à une formulation matricielle du problème inverse. Nous étudions aussi la notion de tomographie dynamique et les problèmes qui lui sont liés. Notre formulation discrète permet grâce aux bases de voxels d'inclure n'importe quelle déformation de support étant un difféorphisme dans le problème inverse matriciel, dès lors que cette déformation est connue a priori. Dans le dernier chapitre, nous présentons une méthode d'estimation du mouvement utilisant les projections Rot-X synchronisées par rapport à l'ECG, basée sur un modèle déformable 3-D des artères coronaires. Le mouvement est modélisé par des fonctions B-splines.
Une fois le mouvement estimé, la reconstruction tomographique à un instant de référence est effectuée par une optimisation aux moindres-carrés qui inclut le mouvement ainsi qu'un terme de pénalité qui favorise les valeurs d'intensités fortes pour les voxels au voisinage de la ligne centrale 3-D, et les faibles valeurs pour les autres. Cette méthode a été testée sur des données simulées basées sur des lignes centrales 3-D préalablement extraites de données MSCT.

La mise en correspondance d'images multimodales est devenue un axe de recherche essentiel en traitement d'images quels que soient les domaines d'applications. Dans le cadre médical, de nombreuses modalités d'imagerie permettent d'explorer l'organisme, mais la grande diversité des phénomènes physiques mis en jeu implique que les organes seront analysés, selon des points de vue très différents, spécifiques à chacune des modalités. La fusion d'images multimodales permet de palier cette difficulté, en exploitant la complémentarité des différentes modalités pour extraire des données nouvelles, par la juxtaposition des données initiales, et faisant ainsi de la mise encorrespondance un élément d'analyse incontournable. La présente étude est orientée sur le recalage et la mise en correspondance de données issues de systèmes d'imageries projective et tomographique d'angiographie cérébrale. L'angiographie par rayons X est la référence actuelle, pour l'étude des vaisseaux intracrâniens, mais elle souffre d'un manque de flexibilité et d'absence d'informations tridimensionnelles. Le recalage et la mise en correspondance de cette modalité avec l'imagerie par résonnance magnétique (IRM), permet, d'une part de compléter les données de l'image radiologique et, d'autre part, de valider les innovations technologiques apportées aux dernières générations d'imageurs. La méthode proposée se base sur un recalage automatique et rigide entre deux modalités. L'originalité de l'approche réside en l'absence de marqueurs ou référentiels externes, basant ainsi le recalage uniquement sur les caractéristiques anatomiques individuelles. Les retombées médicales de ce travail sont multiples tant dans le domaine diagnostique que thérapeutique.

La haute sensibilite rmn du xenon-129 hyperpolarise, couplee a ses proprietes de solubilite dans les tissus biologiques, font de ce noyau un traceur exogene potentiel de la perfusion. Nous avons etudie la possibilite de mesurer la perfusion cerebrale chez le rat en utilisant l'injection intracarotidienne de xenon-129 hyperpolarise dissous dans une emulsion lipidique. La premiere partie de ce travail est consacree a l'etude par rmn du xenon hyperpolarise. Le premier chapitre decrit les aspects theoriques de la technique d'echange de spin par pompage optique indirect utilisee pour hyperpolariser le xenon-129, ainsi que le montage experimental adapte. On trouvera dans le deuxieme chapitre les principales caracteristiques biophysiques du xenon. En particulier, une etude experimentale par rmn in vitro a 2,35 t de la dissolution du xenon dans differents fluides biocompatibles est presentee. Le troisieme chapitre recense les principales techniques d'imagerie utilisees aujourd'hui pour la mesure de la perfusion cerebrale. Les avantages attendus du xenon-129 hyperpolarise pour la mesure de la perfusion cerebrale par rapport aux autres techniques d'imagerie (irm du proton, tep, temp) y sont decrits. Enfin, le quatrieme chapitre presente les sequences d'acquisition et les problemes de reconstruction d'image lies aux experiences rmn effectuees avec le xenon-129 hyperpolarise. La deuxieme partie de ce travail est consacree a l'utilisation de la rmn du xenon-129 hyperpolarise pour des etudes in vivo des poumons, de l'appareil cardio-respiratoire et du cerveau de rat. On trouvera ainsi dans le cinquieme chapitre une etude preliminaire demontrant le potentiel de l'irm du xenon-129 hyperpolarise pour la mesure de la perfusion pulmonaire. Enfin, le dernier chapitre, entierement consacre a l'etude du cerveau avec le xenon-129 hyperpolarise, regroupe differents resultats quantitatifs. On trouvera notamment des mesures de temps de relaxation longitudinale du xenon-129 dissous dans le tissu cerebral ainsi que des mesures de perfusion cerebrale globale et regionale obtenues respectivement par spectroscopie et par imagerie rmn du xenon-129 hyperpolarise.

L'angiographie retinienne en fluorescence est un examen clinique ophtalmologique. Cet examen est fondamental pour le diagnostic des pathologies retiniennes. Il permet d'avoir une serie d'images retiniennes dont l'analyse necessite frequemment un recalage d'images. Jusqu'ici, la methode manuelle de recalage, par utilisation d'une feuille calque, et subjective, fastidieuse et restreinte aux images de meme agrandissement. Nous proposons une methode geometrique de recalage automatique basee sur les techniques d'analyse numerique d'images. Cette methode consiste a detecter, dans un premier temps, les points de bifurcation de la structure vasculaire des images retiniennes a recaler. Les points de bifurcation sont ensuite apparies par la mise en correspondance de polygones semblables dont ils sont les sommets. Les couples de points de bifurcation apparies servent a definir la transformation de recalage entre les images. La methode de recalage automatique facilite l'analyse des images angiographiques retiniennes, elle reste applicable lorsqu'il existe entre les images, des deformations peripheriques ou une variation du facteur d'echelle

L’angiographie rotationnelle (AR) 3d devient une aide indispensable au traitement endovasculaire des pathologies cérébrales. Elle offre au médecin la possibilité d'examiner en 3d la complexité de l'arbre vasculaire cérébral en vue d’un geste thérapeutique plus sur. Le volume visualise est le résultat d’un algorithme de reconstruction tomographique applique a un ensemble de projections rayons x acquises pendant l1njection d’un produit de contraste. Ce travail vise a proposer de nouvelles méthodes de reconstruction tomographique pour accéder a la représentation d’un objet à différents niveaux de résolution a partir de ses projections. L’idée sous-jacente est de pouvoir effectuer des traitements d’image dans cet espace intermédiaire afin d'améliorer la rapidité et la qualité de la reconstruction. Dans un premier temps, nous ayons explore les relations existant entre ondelettes et tomographie pour une géométrie d'acquisition parallèle. Nous présentons un algorithme original de reconstruction tomographique applicable à des ondelettes séparables ou quinconces. Celui-ci est valide sur des données expérimentales, acquises par rayonnement synchrotron a l’ESRF, Grenoble. La généralisation de ces méthodes de reconstruction en géométrie divergente (2d-3d) est ensuite étudiée. Le principal obstacle réside dans le calcul de la transformée de radon a partir dune telle acquisition. Nous proposons alors un algorithme de reconstruction multi résolution approchée exploitant a la fois la géométrie d'acquisition particulière en AR 3d et la non séparabilité des ondelettes. Des simulations sur fantômes mathématiques ont permis de valider notre méthode et de fixer ses limites d’utilisation. L utilisation de ces techniques en AR 3d est enfin présentée sur des données réelles acquises a l’hôpital neurologique de Lyon. La reconstruction initiale rapide de l'arbre vasculaire a basse résolution avec ajout progressif des détails dans une région d’intérêt est ainsi démontrée
3D rotational angiography (RA) is raising increasing interest for diagnostic in the field of endovascular treatment of intracranial Aneurysms. It brings to the physician valuable 3d information of the cerebral vascular 3D reconstruction of arterial vessels is Obtained via a cone-beam reconstruction algorithm applied onto a set of contrast-enhanced x-ray images. This thesis suggests new Tomographic reconstruction methods in order to access directly the Representation of a 3d object at different resolutions from its projections. The underlying idea is to apply image processing techniques in this intermediate space to increase both image quality and Computation time. In a first step, the natural relationship between wavelets and Computerized tomography is investigated for parallel beam geometry. It provides a rigorous mathematical framework where multiresolution Analysis can be considered. We present an original tomography Reconstruction algorithm satisfying either separable or quincunx Wavelet schemes. It has been validated on experimental data, acquired Using synchrotron radiation at the ESRF, Grenoble. The generalization of these reconstruction methods for divergent geometries (2d-3d) is then studied. The main difficulty consists in the direct computation of the radon transform from a divergent data set. Nevertheless, we propose an approximate multiresolution algorithm that makes full use of the particular acquisition geometry in 3D RA and of the special Choice of non separable wavelets. Simulations on mathematical phantoms allowed validating our algorithm and fixing its conditions of Use. Lastly, these multiresolution techniques were successfully applied to 3D rotational angiography. The feasibility of our Reconstruction method w as shown on clinical data, acquired at the Neurological hospital in Lyon. A fast low-resolution reconstruction of the 3D arterial vessels with the progressive addition of details in a Region of interest w as demonstrated

L’IRM à ultra haut champ (UHC) donne accès à une résolution spatiale submillimétrique rendant possible la visualisation de structures plus fines qu’en IRM classique. Depuis quelques années, son potentiel s’est développé dans des laboratoires tels que NeuroSpin, au sein du CEA, qui a l’ambition d’étudier l’anatomie et le fonctionnement du cerveau à une échelle mésoscopique. Toutefois, pour des champs magnétiques supérieurs à 3T, le champ radiofréquence (RF) permettant d’exciter les protons de l’eau a une longueur d’onde inférieure à la dimension de la tête humaine, provoquant des phénomènes d’interférences destructives dans le cerveau. Ceux-ci s’accentuent avec l’augmentation du champ statique, engendrant sur les images des inhomogénéités de signal ou de contraste, qui empêchent d’exploiter tout le potentiel de l’imagerie UHC. Pour améliorer la pertinence des diagnostics cliniques, à défaut de pouvoir homogénéiser le champ RF dans tout le cerveau, il est essentiel de réussir à uniformiser l’excitation des spins. Dans ce but, un système de transmission parallèle (pTx) à 8 canaux a été intégré à l’imageur 7T du laboratoire. Il permet d’émettre sur chaque canal des formes d’impulsions RF différentes, à optimiser pour faire interférer le champ RF produit dans le cerveau de manière plus contrôlée que dans le mode classique à un seul canal d’émission. Ces travaux de thèse consistent à mettre au point des impulsions RF utilisant la pTx pour sélectionner des tranches d’excitation uniforme, et à les appliquer à l’angiographie du cerveau humain à 7T. A UHC, la méthode la plus courante pour homogénéiser l’angle de bascule de l’aimantation dans une coupe consiste à générer consécutivement plusieurs impulsions sélectives optimisées, appelées « spokes », à différentes positions du plan transverse à la coupe dans l’espace de Fourier de transmission. Si elle convient pour uniformiser l’excitation dans le plan de coupe, cette méthode est moins performante pour la sélection de larges tranches car les inhomogénéités de champ RF ne sont alors pas prises en compte dans l’épaisseur de tranche. Ainsi, dans un premier temps, deux méthodes originales de conception d’impulsions RF sélectives sont introduites et explorées pour uniformiser l’excitation de larges tranches : celle des « kT-spokes » qui optimise le placement des spokes dans les 3 dimensions de l’espace de Fourier de transmission, et celle des « spokes 3D » qui génère des impulsions RF optimisées point par point dans le temps. Ces techniques ont été validées avec succès sur des fantômes à 7T et ont permis de surpasser l’état de l’art en termes d’homogénéisation de l’angle de bascule pour la sélection de larges tranches. Dans un deuxième temps, ces méthodes ont été appliquées à la séquence d’angiographie 3D en temps de vol afin d’améliorer la visualisation du réseau artériel dans le cerveau humain à 7T. Cependant, lorsque les tranches sélectionnées sont larges, cette séquence est aussi sensible aux effets de saturation du sang qui empêchent d’apprécier la totalité du réseau artériel avec les profils de tranche d’angles de bascule plats habituels. Pour corriger ce phénomène, les impulsions RF à rampes sont proposées dans l’état de l’art, générant des profils d’angle de bascule qui augmentent avec l’épaisseur de la tranche. Les méthodes de conception d’impulsions RF développées ici ont ainsi été adaptées pour générer ce type de profils et permettre de compenser la saturation du sang avec succès dans les acquisitions à 7T. Ces travaux de thèse ont permis d’ouvrir la voie à une nouvelle application à NeuroSpin puisque l’angiographie n’y avait pas encore été explorée malgré le fort potentiel des UHC pour cette modalité. En outre, les méthodes développées au cours de ces travaux permettent l’excitation simultanée de tranches homogènes, constituant ainsi une perspective prometteuse pour accélérer les acquisitions et repousser les limites de résolution spatiale de l’angiographie en temps de vol à 7T
Ultra-high field (UHF) MRI allows submillimetric spatial resolution in order to depict finer structures compared to conventional MRI. In recent years, the UHF potential has been explored in laboratories such as NeuroSpin, at Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA), to study brain anatomy and function at a mesoscopic scale. However, for high magnetic field strengths (> 3 Tesla), the radiofrequency (RF) field required to excite the water protons has a wavelength shorter than the size of the human head, causing destructive interferences in the brain. These increase with the static field strength leading to signal or contrast inhomogeneity artefacts on brain images, hindering the UHF benefits. However, failing to homogenize the RF field produced in the brain does not preclude from homogenizing the spin excitation to improve image quality and perform better clinical diagnosis. For this purpose, NeuroSpin’s 7T scanner has been equipped with an 8-channel parallel transmission system allowing to transmit independent optimized RF shapes on each channel in order to better control RF field interferences than in conventional single transmit channel. This thesis work focuses on RF pulse design strategies using parallel transmission to select slabs uniformly and on their applications to magnetic resonance angiography (MRA) of the human brain at 7T. In the UHF context, the most common method to homogenize the magnetization flip angle in a slice consists in combining several consecutive optimized selective excitations, so-called “spokes” subpulses, in different locations of the plane transverse to the slice in transmit k-space. Even though this method succeeds in homogenizing the in-plane excitation, its performance is not optimal in large slabs because through-slab RF inhomogeneities are not taken into account. In a first step, two original selective pulse design methods are introduced and explored to homogenize large slab selections: the “kT-spoke” method which optimizes the spoke placements in the three dimensions of the transmit k-space, and the “3D spokes” which consist in optimizing the RF subpulses point by point in time. These methods have been successfully validated in phantoms at 7T and surpassed the state of the art performance in terms of flip angle homogeneity in large slab selections. In a second step, these methods are applied to 3D Time-Of-Flight (TOF) MR angiography to improve the visualization of the arterial network in the human brain at 7T. As most MRI sequences, TOF is particularly sensitive to RF field heterogeneities. Moreover, for large uniform slab excitation, blood saturation effects prevent the depiction of the arterial network before slab exit. To correct for these effects, ramp RF pulses are proposed in the state-of-the-art, generating ascending flip angle profiles through the slab. The RF pulse design methods developed hereby were adapted to generate these profiles, successfully compensating blood saturation in 7T acquisitions. This work paves the way to a new clinical application at NeuroSpin, where MR angiography had not been explored yet, despite the high benefit of UHF for this modality. In addition, the methods developed hereby were also adapted for simultaneous multi-slice excitations. This allows promising perspectives to accelerate acquisitions and push further away the limits of TOF angiography in terms of spatial resolution

La segmentation de structures claires dans une image donnée est un problème très important dans la vision par ordinateur et particulièrement en imagerie biomédicale. En angiographie rétinienne la segmentation des drusen, taches jaunes un peu nuageuses situées au niveau de la rétine, constitue un enjeu très important dans le diagnostic et la prévention de complications graves. L'utilisation de méthodes classiques de segmentation de type seuillage, croissance de régions, extraction de contours ou contours actifs donne des résultats peu probants causés par l'imparfaite automatisation de ces méthodes. Nous présentons dans cette thèse une nouvelle approche de segmentation basée sur des transformations morphologiques nouvelles. Pour ceci nous définissons une classe particulière de composantes connexes de l'image : s'agit des maxima d'ordre p dont nous démontrons un certain nombre de propriétés. Ensuite à partir de ces composantes, nous construisons une fonction adaptative h(x), que nous utilisons comme fonction de contraste dans l'algorithme des h(x) maxima d'ordre r. Nous présentons des résultats expérimentaux d'extraction de drusen sur des images d'angiographie rétinienne. Nous avons aussi appliqué cette méthode de segmentation dans une séquence dynamique d'images pour les deux cas suivants : - suivi et évaluation de l'intensité moyenne d'un drusen dans une séquence d'image durant un examen à la fluorescéine. - comparaison des types et surfaces des drusen au cours du temps pour des examens différents.

La dysfonction érectile est l’un des types de dysfonctionnement sexuel aussi complexe chez les hommes que les femmes. Elle implique un facteur venogénique, artériogénique et de neurogénique. L'étiologie des changements de la puissance sexuelle après la prostatectomie radicale ainsi que la chirurgie vasculaire ou la radiothérapie des organes pelviens est probablement multifactorielle, l'une de ces causes est la blessure de l’artère destinée pénienne (mâle) et clitoridienne (femelle) lors d’une opération ou d’une radiothérapie. L’anatomie des artères destinées péniennes et clitoridiennes ainsi que ses origines sont variées. L’Angiographie par résornance magnétique (RM) et tomodensitométrie (TDM) nous donnent des images très nettes qui peuvent être utilisées avant l'intervention pour identifier et localiser les artères pudendales internes (API) et les artères pudendales accessoires (APA), et peuvent aider les chirurgiens et les radiothérapeutes à planifier une opération efficace visant à préserver l’API et l’APA, probablement importantes pour la fonction érectile après l’intervention sur les organes et les vaisseaux pelviens
Erectile dysfunction is one of the types of sexual dysfunction, the etiology is complex in male and female. It involves venogenic factor, arteriogenic and neural origins. The aetiology of changes in sexual potency after radical prostatectomy and pelvic vascular surgery or pelvic radiotherapy is probably multifactorial, one of these cause is injury the penile artery (male) and clitoris artery (female) during the operation or radiotherapy. The anatomy of the penile and clitoral artery is variation. Magnetic resonance (MR) and Multiple detector computed tomography (MDCT) angiography give us a very sharp image, they can be pre-intervation used to identify and localize internal pudendal artery (IPA) and accessory pudendal artery (APA), and may help surgeons and radiotherapists plan an effective intervation that preserves IPA and APA possibly important for sexual function after surgery or radiotherapy of the pelvic organs

Cette étude traite de la reconstruction 3D automatique d'arborescences spatiales, avec application à la neurochirurgie stéréotaxique. Sont abordées toutes les étapes de calibration, de filtrage et de reconstruction aboutissant à la connaissance précise des réseaux vasculaires en général et du réseau vasculaire cérébral en particulier. Les problèmes de correction des déformations et de calibration optique sont tout d'abord étudiés. Une méthode générale de correction des déformations géométriques provoquées par le système d'acquisition est proposée. La localisation 3D du patient est ensuite réalisée par une méthode originale utilisant quatre plots de référence. Les paramètres intrinsèques ayant été déterminés à partir d'un fantôme spécifique, le changement de repère est déterminé au moyen de quatre points de référence de coordonnées relatives connues. La reconstruction 3d des structures vasculaires est basée sur l'appariement de l'axe central des vaisseaux a partir de trois projections. Le squelette a reconstruire est extrait à l'aide de différents filtres morphologiques et itératifs. Un segment étant défini entre deux croisements, l'algorithme de reconstruction réalise l'appariement de chaque segment sur les trois vues simultanément en respectant des critères d'épipolarité et de connectivite 2D et 3D. L'utilisation de marges d'erreurs, définies empiriquement, empêche l'algorithme de converger vers des impasses. Chaque segment 3D est décrit par une suite de points de coordonnées connues. Enfin, des méthodes précises de quantification des structures vasculaires à partir de deux projections (diamètre, volume) sont proposées afin de compléter les informations sur l'arbre reconstruit. Les résultats de reconstruction obtenus sur des fantômes et des réseaux vasculaires cérébraux réels sont finalement présentés

La dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) est une pathologie du vieillissement oculaire, considérée comme la pathologie la plus fréquemment responable de malvoyance chez les plus de 60 ans. Pour détecter et classifier de manière automatique les structures pathologiques rétiniennes et à cause des mouvements de l'oeil du patient durant l'acquisition, une étape préalable de recalage d'images de la séquence angiographique est nécessaire. La méthode de recalage, que nous avons proposée, est une méthode de recalage multirésolution d'image non-rigide et iconique basée sur le flot optique. Puisque les structures néovasculaires due à une image DMLA sont généralement des zones texturées, nous avons donc proposé une analyse multiéchelle d'images : la décomposition empirique multimodale bidimensionnelle (BEMD). A partir de celle-ci, nous avons proposé deux approches multiéchelles différentes en insérant une information à priori et en utilisant les passages par zéros de chaque échelle
Age-related macular degeneration (ARMD) is the most common cause of vision loss in those 60 or older. During any angiographic sequence, there is inevitably eye movement and it is essential to make a correction prior to the application of the quantitative analysis. We proposed an elastic registration of retinal angiogram based on multiresolution scheme and on optical flow. Since the neovascular structures due to an ARMD and generally textured, we thus proposed a mutiscale image analysis : the two-dimensional empirical mode decomposition (BEMD). From this one, we proposed two multiscale approaches while inserting information a priori and by using the zero-crossings from each scale

La transformation de Hartley est réelle ; récemment proposée, elle est étudiée dans ce mémoire comme une alternative à la transformation de Fourier dans le traitement des images numériques. En dimensions un et deux, les propriétés de l'une et de l'autre sont comparées dans les cas continu et discret, ainsi que les algorithmes permettant leur calcul par ordinateur. En dimension deux, une forme séparable de la transformation de Hartley est évaluée par rapport à la forme non séparable et à la transformation de Fourier. L'intérêt pratique de ce nouvel outil d'analyse harmonique est illustre par deux applications en imagerie médicale : le calcul d'images d'amplitude et de phase en angiographie numérique, qui a nécessité l'introduction des séries de Hartley, et le filtrage en tomographie par reconstruction

Cette these presente une methode de detection de structures tubulaires dans des images 3d, ainsi que son application a des images d'angiographie par resonance magnetique. Nous avons adapte une sequence d'imagerie, ainsi qu'une methode de segmentation permettant la mise en uvre de l'extraction de structures. Le premier chapitre presente un panorama des travaux existants traitant de l'extraction et de l'organisation de structures lineaires ou tubulaires sur des images en 2 et 3 dimensions. Nous presentons les differentes primitives utilisees pour identifier et extraire les structures, ainsi que les methodes et les algorithmes utilises pour la determination de ces primitives a partir de l'image. Le groupement et l'organisation de ces elements caracteristiques en ensembles de plus haut niveau est aussi un aspect important que nous decrivons. Les structures d'arbre et de graphe sont utilisees pour representer la topologie et la geometrie des structures. Parmi les travaux que nous avons etudies, l'arbre et le graphe sont majoritairement utilises, car ce sont les representations naturelles pour les structures etudiees (reseaux anatomiques tels qu'arbre vasculaire ou reseau bronchique). Nous proposons une methode semi-automatique pour l'extraction de structures tubulaires dans des images 3d segmentees. Cette image est constituee d'ensembles de voxels connectes. Nous proposons un modele de cylindre generalise comprenant deux elements : une ligne de centre decrite par courbe spline analytique ainsi qu'un ensemble de contours batis sur des sections orthogonales a cette ligne de centre. Le processus d'extraction est base sur une poursuite iterative de points appartenant a la ligne de centre ainsi que de l'estimation de l'orientation locale de la structure. Ces points sont detectes sans contraintes a priori ni modelisation geometrique. Nous utilisons une modelisation de l'apparence locale de la structure dans l'image pour le calcul du point suivant et de l'estimation de la direction. La precision de l'estimation est mesuree sur des structures synthetiques presentant des caracteristiques diverses : profil en niveau de gris, courbure, diametre et changement de diametre. Nous appliquons cette methode a des images angiographiques acquises sur une machine d'imagerie par resonance magnetique. Une sequence specifique d'imagerie a ete adaptee afin d'obtenir des images 3d en haute resolution (1 mm 3) de la tete complete. Afin d'obtenir des regions de voxels connectes, une segmentation en trois etapes successives est necessaire. La premiere etape consiste en une correction d'intensite coupe a coupe afin de compenser des artefacts dus a la methode d'imagerie. La deuxieme etape est une etape de filtrage par diffusion. La derniere etape de pre-traitement est une croissance de regions selon un critere d'intensite, utilisee pour construire les ensembles de voxels connectes. La methode d'extraction de structures decrite dans le chapitre precedent est appliquee a l'image segmentee. Nous montrons enfin quelques exemples de cette application.

Le but de ce travail est de valider un système semi-automatique de traitement de signaux. Pour ce faire, nous l'utilisons pour calculer des volumes ventriculaires par des algorithmes utilisant des données uni ou bidimensionnelles, angiographiques et échographiques. Pour l'angiographie, la correction polynomiale informatisée des déformations de l'image induites par le système s'avère parfaite ; elle est validée par le calcul (formule de l'ellipsoïde) de volumes d'ellipsoïdes en aluminium. L'erreur moyenne est inférieure à 4% soit proche de l'erreur minimum imputable à la numérisation. La validation globale de la méthode, effectuée expérimentalement par calcul de volumes de moulages ventriculaires ; les résultats sont excellents, surtout pour le ventricule gauche. Cette méthode angiographique ainsi validée, sert de référence in vivo (quinze enfants) à la comparaison de volumes ventriculaires calculés à partir de l'angiographie et de l'échographie. Les corrélations sont bonnes, et là encore, meilleures pour le ventricule gauche. L'exploitation clinique de ce système fiable et simple d'utilisation pourrait être envisagée
The aim of this work is to validate a semi-automatic signal processing system. In order to do so, we use it to compute ventricular volumes by the means of algorithms which use mono or bi-dimensional angiographic and echographic data. For angiography, the computerized polynomial conversion of the image distortion caused by the system turns out to be perfect ; it is validated by the computation (formula of the ellipsoid) of ellipsoidal castings made of aluminium. The average error is less than 4%, that is close to the minimum error due to digitizing. The overall validation of the method is performed experimentally by processing ventricular castings. The results are excellent, especially for the left ventricule. This angiographic method having so been validated, serves as an “in vivo” reference (15 children) for comparing ventricular volumes computed from angiography or from echography. The correlations are good and again better for the left ventricule. The clinical use of this reliable and easy to use system seems to be possibly implemented

Cette thèse s’intéresse à la description symbolique d’arborescences vasculaires issues d’images 3D multimodales. Ce travail vise à fournir un cadre méthodologique global pour l’analyse de telles structures et plus particulièrement pour l’arbre vasculaire cérébral. Le domaine d’application clinique visé est la neurochirurgie, notamment pour la planification du geste du praticien. Notre principale contribution est le développement d’une méthode de squelettisation 3D, adaptée aux formes tubulaires et judicieuse pour la description symbolique. Nous proposons de baser la méthode de squelettisation sur la construction de l’arbre de des plus courts chemins de Dijkstra. Ainsi, nous extrayons la branche principale qui correspond à la branche la plus longue de l’arbre de Dijkstra, puis, nous détectons de manière itérative chaque branche annexe en conservant les branches de l’arbre de longueur supérieure à un seuil fixé. Puisque notre squelettisation se réalise de manière itérative, nous possédons les informations locales à chacune des branches. De cette manière, la description symbolique est facilitée et consiste alors en un partitionnement du squelette permettant la collecte de ces informations. Les algorithmes ont été implémentés sous la plateforme logicielle du laboratoire, ArtiMed, et évalués sur données simulées et cliniques. L’évaluation des méthodes de squelettisation et de description symbolique a fait l’objet de l’élaboration d’un plan d’expérience spécifique consistant en une comparaison des résultats sur une série de 18 rotations du volume initial
This thesis describes the methodology and the evaluation of a symbolic description method applied on vascular trees from multimodal 3D images. This work aims to supply a global methodological framework for the analysis of such structures and, more particularly, for the cerebral vascular tree. The clinical application field is neurosurgery and particularly neurosurgery planning. Our method is based on the application of the minimum cost-spanning tree using Dijkstra’s algorithm and seems well appropriate to tubular objects. We skeletonize the structure in two stages: first, we extract the main branch which corresponds to the longest branch of the Dijkstra’s tree, then, we detect iteratively every secondary branch by keeping the branches of the tree which length is superior to a fixed threshold. Since our skeletonization works in an iterative way, we possess local information for each branch. In this way, the symbolic description is facilitated and consists in a partitioning of the skeleton to collect the descriptive characteristics. Algorithms were implemented on the laboratory software platform (ArtiMED) developed in Borland C++ and estimated on digital and clinical data. The evaluation scheme adopts a specific experiment approach consisting in a comparison of the results of a series of 18 rotations of the initial volume

La problématique de cette thèse concerne la reconstruction statistique itérative 3D de l'arbre coronaire, à partir d'un nombre très réduit d'angiogrammes coronariens (5 images). Pendant un examen rotationnel d'angiographie RX, seules les projections correspondant à la même phase cardiaque sont sélectionnées afin de vérifier la condition de non variabilité spatio-temporelle de l'objet à reconstruire (reconstruction statique). Le nombre restreint de projections complique cette reconstruction, considérée alors comme un problème inverse mal posé. La résolution d'un tel problème nécessite une procédure de régularisation. Pour ce faire, nous avons opté pour le formalisme bayésien en considérant la reconstruction comme le champ aléatoire maximisant la probabilité a posteriori (MAP), composée d'un terme quadratique de vraisemblance (attache aux données) et un a priori de Gibbs (à priori markovien basé sur une interprétation partielle de l'objet à reconstruire). La maximisation MAP adoptant un algorithme d'optimisation numérique nous a permis d'introduire une contrainte de lissage avec préservation de contours des reconstructions en choisissant adéquatement les fonctions de potentiel associées à l'énergie à priori. Dans ce manuscrit, nous avons discuté en détail des trois principales composantes d'une reconstruction statistique MAP performante, à savoir (1) l'élaboration d'un modèle physique précis du processus d'acquisition, (2) l'adoption d'un modèle à priori approprié et (3) la définition d'un algorithme d'optimisation itératif efficace. Cette discussion nous a conduit à proposer deux algorithmes itératifs MAP, MAP-MNR et MAP-ARTUR-GC, que nous avons testés et évalués sur des données simulées réalistes (données patient issues d'une acquisition CT- 64 multi-barrettes)
The problematic of this thesis concerns the statistical iterative 3D reconstruction of coronary tree from a very few number of coronary angiograms (5 images). During RX rotational angiographic exam, only projections corresponding to the same cardiac phase are selected in order to check the condition of space and time non-variability of the object to reconstruct (static reconstruction). The limited number of projections complicates the reconstruction, considered then as an illness inverse problem. The answer to a similar problem needs a regularization process. To do so, we choose baysian formalism considering the reconstruction as a random field maximizing the posterior probability (MAP), composed by quadratic likelihood terms (attached to data) and Gibbs prior (prior markovian based on a partial interpretation of the object to reconstruct). The MAP maximizing allowed us using a numerical optimization algorithm, to introduce a smoothing constraint and preserve the edges on the reconstruction while choosing wisely the potential functions associated to prior energy. In this paper, we have discussed in details the three components of efficient statistical reconstruction MAP, which are : 1- the construction of precise physical model of acquisition process; 2- the selection of an appropriate prior model; and 3- the definition of an efficient iterative optimization algorithm. This discussion lead us to propose two iterative algorithms MAP, MAP-MNR and MAP-ARTUR-GC, which we have tested and evaluated on realistic simulated data (Patient data from 64-slice CT)

Ce travail de thèse, a consisté en la mise au point d'une méthode de recalage tridimensionnel monomodalité d'images d'IRM. La première partie de ce rapport est une étude bibliographique concernant les principes de base de l'IRM. On y parlera aussi des différentes techniques de mise en correspondance et de diminution du temps de calcul. La deuxième partie est plus axée vers la pratique. Tout d'abord, on teste un processus de réduction de la quantité de données à traiter : les projections. Une méthode de mise en correspondance 3D rapide utilisant ces projections d'images est évaluée. La précision estimée est d'environ +/-2 degrés en rotation, +/-2mm en translation, le temps de calcul est inférieur à 10 minutes pour des images 256x256 (2 sets de 200 coupes de voxels de dimensions isotropes (1mm), sur une machine HP 712/80 à processeur RISC et 64 MO de RAM). On applique ensuite ce processus à des données réelles issues de patients avant et après traitement. Une étude de faisabilité de recalage a priori utilisant les possibilités du plan de Fourier est enfin présentée. Nous concluons sur la viabilité de cette méthode et éventuellement sur son application à des processus de recalage, non plus a posteriori, mais contemporains de l'acquisition des coupes d'IRM.

Le traitement et l’analyse d’images angiographiques rotationnelles 3D (3DRA) de haute résolution spatiale pour l’aide à la planification d’interventions en neuroradiologie interventionnelle est un domaine de recherche récent et en plein essor. Les neuroradiologues ont besoin d’outils interactifs pour la planification des procédures d’embolisation et l’optimisation du guidage de microcathéters durant les interventions endovasculaires. L’exploitation des données d’imagerie pour l’aide au diagnostic et la thérapeutique requiert le développement d’algorithmes robustes et de méthodes efficaces. Ces méthodes permettent d’intégrer les informations contenues dans ces images pour en extraire des descripteurs anatomiques utiles durant les phases pre et per-opératoires.Cette thèse est dédiée au développement d’une chaine de traitement complète comprenant la segmentation, la reconstruction tridimensionnelle (3D) et la représentation symbolique de vaisseaux cérébraux à partir d’images 3DRA, pour faciliter la planification d’interventions d’embolisation pour le traitement de Malformations ArtérioVeineuses cérébrales (MAVs).La première partie du travail est consacrée à l’étude des différentes approches utilisées en segmentation des vaisseaux. Deux méthodes de segmentation sont ensuite proposées. Tout d’abord, une méthode de segmentation 2D coupe par coupe est développée ainsi qu’un technique robuste de suivi de vaisseaux permettant de détecter les bifurcations et de poursuivre le tracking de plusieurs branches du même vaisseau. Un maillage basé sur la triangulation Contrainte de Delaunay permet ensuite la reconstruction et la visualisation 3D des vaisseaux ainsi obtenus. Une méthode de segmentation 3D automatisée des images 3DRA est ensuite développée, elle présente l’avantage d’être plus rapide et de traiter le volume d’images entier en 3D. Cette méthode est basée sur la croissance de régions. Le processus 3D démarre à partir d’une coupe initiale pré-segmentée en utilisant la reconstruction géodésique et sur laquelle les germes sont placés de manière automatique. Finalement, une représentation du réseau vasculaire sur laquelle on distingue clairement les trois entités que sont les artères, les veines drainantes et le nidus est obtenue.La deuxième partie de la thèse est consacrée à la représentation symbolique des vaisseaux. L'étude hiérarchique du squelette permet de donner une description graphique du réseau vasculaire cérébral. A partir de cette description graphique, les vaisseaux et leurs branches sont labellisés et un ou plusieurs vaisseaux peuvent être isolés du reste du réseau pour une analyse visuelle plus précise, ce qui n’est pas possible avec les reconstructions 3D du constructeur. De plus, cette représentation améliore la détermination des chemins optimaux pour l’embolisation de la MAV et réduit la complexité due à l’enchevêtrement des vaisseaux malformés.La chaine de traitement complète ainsi développée aboutit à une description 3D précise des vaisseaux. Elle permet une meilleure compréhension structurelle du réseau vasculaire cérébral et offre aux neuroradiologues la possibilité d’extraire des descripteurs anatomiques, et géométriques (taille, diamètre…) des vaisseaux. Enfin, une étape de vérification des résultats par un expert neuroradiologue a permis la validation clinique des résultats de segmentation et de reconstruction 3D. L’intégration des algorithmes développés dans une interface graphique intuitive et facile d’utilisation devra être faite pour permettre l’exploitation de nos résultats en routine clinique
The processing and analysis of 3D Rotational Angiographic images (3DRA) of high spatial resolution to facilitate intervention planning in interventional neuroradiology is a new and booming research area. Neuroradiologists need interactive tools for the planning of embolization procedures and the optimization of the guidance of micro-catheters during endovascular interventions. The exploitation of imaging data to help in diagnosis and treatment requires the development of robust algorithms and efficient methods. These methods allow integrating information included in these images in order to extract useful anatomical descriptors during preoperative and peroperative phases.This thesis is dedicated to the development of a complete processing pipeline including segmentation, three-dimensional (3D) reconstruction and symbolic representation of cerebral vessels from 3DRA images, aiming to facilitate the embolization intervention planning for the treatment of cerebral ArterioVenous Malformations (AVMs).The first part of the work is devoted to the study of the different approaches used for the segmentation of vessels. Two segmentation methods are then proposed. First, a 2D slice-by-slice segmentation method is developed, followed by a robust vessel tracking process that enables detecting bifurcations and further following several branches of the same vessel. A mesh based on the Constrained Delaunay triangulation allows then the 3D reconstruction and visualization of the obtained vessels. An automated 3D segmentation method of 3DRA images is then developed, which presents the advantage of being faster and processing the whole 3D volume of images. This method is region growing based. The 3D process starts from an initial pre-segmented slice using the geodesic reconstruction, where the seeds are automatically placed. Finally, a representation of the vasculature is obtained, in which these three entities are clearly visible: the feeding arteries, the draining veins and the nidus.The second part of the thesis is devoted to the symbolic representation of the vessels. The hierarchical study of the skeleton allows giving a graphic description of the cerebral vascular network. From this graphic description, the vessels and their branches are labeled and one or more vessels can be isolated from the rest of network for a more accurate visual analysis, which is not possible with the original 3D reconstructions. Moreover, this improves the determination of the optimal paths for the AVM embolization and reduces the complexity due to the entanglement of the malformed vessels.The complete processing pipeline thus developed leads to a precise 3D description of the vessels. It allows a better understanding of the cerebral vascular network structure and provides the possibility to neuroradiologists of extracting anatomical and geometric descriptors (size, diameter...) of the vessels. Finally, a verification step of the results by a neuroradiology expert enabled clinical validation of the 3D segmentation and reconstruction results. The integration of the developed algorithms in a user-friendly graphical interface should be achieved to allow the exploitation of our results in clinical routine

Angiographic optical coherence tomography (OCTA) has rapidly found utility within many facets of medical research. Here OCTA algorithms are enabled on a commercial OCT system and verified through correlation with intra-vital light microscopy (IVM). While the vast majority of vessels were accurately measured, smaller vessels (< 30μm) have a tendency to appear dilated in comparison to IVM. The technique was also expanded upon to facilitate the imaging of subcutaneous murine fibrosarcoma tumours, negating the requirement for an intra-vital window. It was found that vessel measurement sensitivity was sufficiently high such that the morphologies of vessels within tumours expressing unique vascular endothelial growth factor (VEGF) isoforms could be differentiated, potentially providing a new angle of approach in the study of anti-angiogenic treatments. OCTA was then applied to human studies of atopic dermatitis, where it was found that metrics corresponding to vessel depth and morphology could be correlated with the sub-clinical severity of the condition. Knowledge of this could be utilised to observe the therapeutic response to treatment, past the point of clinical remission. A range of image-processing techniques were also developed, including automatic segmentation of the epidermal layer within skin being utilised to quantify the degree of epidermal thinning in response to applied skin strain, calculation of the skin capillary loop density and the response of skin vessels to temperature and pressure.

The motivation of this work is filtering of elongated curvilinear objects in digital images. Their narrowness presents difficulties for their detection. In addition, they are prone to disconnections due to noise, image acquisition artefacts and occlusions by other objects. This work is focused on thin objects detection and linkage. For these purposes, a hybrid second-order derivative-based and morphological linear filtering method is proposed within the framework of scale-space theory. The theory of spatially-variant morphological filters is discussed and efficient algorithms are presented. From the application point of view, our work is motivated by the diagnosis, treatment planning and follow-up of vascular diseases. The first application is aimed at the assessment of arteriovenous malformations (AVM) of cerebral vasculature. The small size and the complexity of the vascular structures, coupled to noise, image acquisition artefacts, and blood signal heterogeneity make the analysis of such data a challenging task. This work is focused on cerebral angiographic image enhancement, segmentation and vascular network analysis with the final purpose to further assist the study of cerebral AVM. The second medical application concerns the processing of low dose X-ray images used in interventional radiology therapies observing insertion of guide-wires in the vascular system of patients. Such procedures are used in aneurysm treatment, tumour embolization and other clinical procedures. Due to low signal-to-noise ratio of such data, guide-wire detection is needed for their visualization and reconstruction. Here, we compare the performance of several line detection algorithms. The purpose of this work is to select a few of the most promising line detection methods for this medical application

El tractament endovascular de la malaltia arterial perifèrica està basat en les imatges angiogràfiques. La interpretació subjectiva feta a partir d’elles és com més habitualment s’avalua l’èxit del tractament durant la revascularització. L’angiografia de perfusió 2D (AP) és un software de processat de la imatge que podria donar peu a la quantificació de la perfusió distal. Endemés, un sistema de classificació anatòmic més senzill, capaç de descriure la càrrega de malaltia arterial per sota de l’engonal, és necessari per poder triar el millor tractament per un pacient concret. La intenció d’aquesta tesis és identificar una mesura objectiva per avaluar l’èxit del tractament endovascular basant-se en la quantificació de la perfusió del teixit amb l’AP; i per consegüent tenir la capacitat de predir amb major precisió la curació de les úlceres isquèmiques. Secundàriament, hem buscat adaptar un sistema de classificació que pugui ser aplicat amb facilitat a la pràctica clínica diària i que permeti la comparació entre pacients a assajosi estudis clínics. La investigació del projecte present es va realitzar amb un estudi de cohorts retrospectiu amb pacients consecutius sotmesos a tractament endovascular en un únic centre especialitzat en tractament de la isquèmia crítica de l’extremitat. Als pacients se’ls va realitzar una AP abans i després del tractament, i també es van classificar d’acord amb els sistemes de classificació més utilitzats (Rutherford, TASC i WIfI) i amb una nova classificació proposta: l’score d’Abano Terme (ATS). Les dades demogràfiques i clíniques es van recollir i es va realitzar un seguiment clínic al mes i als 6 mesos. Els paràmetres de l’AP van ser el temps d’arribada (AT), el temps de pic (PT), la velocitat del rentat (WS), l’amplada (W), l’àrea sota la corba (AUC) i el temps de trànsit mig (MTT). Les dos cohorts es van definir en base a un temps de curació major o menor a 30 dies. Des del gener de 2015 fins al juliol de 2016, 580 pacients consecutius van ser tractats endovascularment i van ser estudiats amb AP. D’entre ells, 332 complien els criteris d’inclusió, dels quals 123 van ser exclosos posteriorment de l’anàlisi per la curació de les úlceres (en 34 casos la imatge de l’AP tenia mala qualitat, 50 pacients no presentaven úlceres, 20 van finar i 19 no van completar el seguiment). L’edat mitja va ser de 72 anys i el 67,5% eren homes. 133 pacients presentaven lesions Rutherford 5 i en 76 les lesions eren Rutherford 6. El risc WIfI d’amputació va ser baix en un 24%, moderat en un 14% i alt en un 62%. Vam trobar taxa de curació als 30 dies, amb diferències estadísticament significatives entre els grups, per als següents punts de tall dels paràmetres de l’AP: AT > 6 segons i MTT > 4.1 23 segons o un increment del mateix MTT > 1,7 segons. L’ATS, sent un sistema de classificació més senzill que es existents actualment, no només es va correlacionar millor que amb la TcPO2 i amb l’AP; sinó que en un posterior anàlisis va demostrar millor correlació amb la curació de les úlceres i la supervivència lliure d’amputació en pacients amb lesions Rutherford 5.
El tratamiento endovascular de la enfermedad arterial periférica está basado en las imágenes angiográficas. La interpretación subjetiva hecha a partir de ellas es el modo más habitual de evaluar el éxito del tratamiento durante la revascularización. La angiografía de perfusión 2D (AP) es un software de procesado de la imagen que podría permitir la cuantificación de la perfusión distal. Además, un sistema de clasificación anatómico más sencillo, capaz de describir la carga de enfermedad arterial por debajo de la ingle, es necesario para decidir el mejor tratamiento para un paciente dado. La intención de esta tesis es identificar una medida objetiva para evaluar el éxito del tratamiento endovascular basado en la cuantificación de la perfusión del tejido con la angiografía de perfusión; y por ende ser capaz de predecir con mayor precisión la curación de las úlceras isquémicas. Secundariamente, hemos tratado de adaptar un sistema de clasificación que pueda ser aplicada fácilmente a la práctica clínica diaria y que permita comparaciones entre pacientes en ensayos clínicos y estudios. La investigación de este proyecto se basó en un estudio de cohortes retrospectivo con pacientes consecutivos sometidos a tratamiento endovascular en un único centro especializado para el tratamiento de la isquemia crítica de la extremidad. Los pacientes fueron analizados con AP antes y después del tratamiento, y también se clasificaron de acuerdo con los sistemas más utilizados (Rutherford, TASC y WIfI) y con una nueva clasificación propuesta: el score de Abano Terme (ATS). Los datos demográficos y clínicos se recogieron y se realizó un seguimiento clínico a al primer mes y a los 6 meses. Los parámetros de la AP fueron tiempo de llegada (AT), el tiempo de pico (PT), la velocidad de lavado (WS), la amplitud (W), el área bajo la curva (AUC) y el tiempo de tránsito medio (MTT). Las dos cohortes se definieron en base a un tiempo de curación de menor o mayor a 30 días. De enero de 2015 a julio de 2016, 580 pacientes consecutivos se sometieron a un tratamiento endovascular, realizándose en ellos un análisis con AP. Entre ellos, 332 cumplieron los criterios de inclusión, de los cuales 123 se excluyeron del análisis de curación de úlceras (34 debido a la mala calidad de la imagen de AP, 50 pacientes no presentaban úlceras, 20 fallecieron y 19 no completaron el seguimiento). La edad media fue de 72 años y el 67,5% eran hombres. 133 pacientes presentaban lesiones Rutherford 5 y en 76 las lesiones eran Rutherford 6. El riesgo WIfI de amputación fue bajo en 24%, moderado en 14% y alto en 62%. Encontramos una tasa curación a los 30 días , con diferencias estadísticamente significativas entre los grupos, para los siguientes valores de corte de los parámetros de la AP: 25 AT > 6 segundos y MTT> 4.1 segundos o un incremento del mismo MTT > 1.7 segundos. El ATS, siendo un sistema de clasificación más simple que los actualmente empleados, no sólo se correlacionó mejor con la TcPO2 y la angiografía de perfusión; sino que en un posterior análisis demostró una mejor correlación con la curación de las úlceras y la supervivencia libre de amputación en pacientes con lesiones Rutherford 5.
The endovascular treatment (EVT) of Peripheral Arterial Disease (PAD) is based on angiographic imaging and post-revascularization treatment success is based on the subjective interpretation of this visual assessment. 2D perfusion angiography (PA) is an image- processing software which may allow for the quantification of perfusion. In addition, a simpler anatomic classification system, able to describe the arterial disease burden below the groin, needs to be designed to determine the best therapy for any given patient.(1) The aim of this thesis is to create an objective system to assess the success of EVT based on the quantification of tissue perfusion through PA, capable of accurately predicting the healing probability of ischemic ulcers. Secondly, we seek to describe a classification system of easy application during daily clinical practice that will also facilitate comparison of patients among clinical trials. The Project was designed as a retrospective cohort study with consecutive patients undergoing EVT at a single specialized center for critical limb ischemia (CLI). The cases were analyzed with PA before and after treatment, and also ranked according to current classification systems (Rutherford, TASC and WIfI) and a new proposed classification: the Abano Terme Score (ATS). Demographic and clinical data were recorded and clinical follow- up was performed (at 1 and 6 months). The PA parameters were Arrival Time (AT), Peak Time (PT), Wash-in Rate, Width, Area Under Curve and Mean Transit Time (MTT). Two cohorts were defined based upon a time to heal of less or longer than 30 days. From January 2015 to July 2016, PA analysis was performed on 580 consecutive patients that underwent EVT. Among them, 332 met the inclusion criteria to be studied, from which 123 were excluded for ulcer healing analysis (34 because of poor image quality, 50 patients had no ulcer, 20 died and 19 were lost at follow-up). Mean age was 72 years and 67.5% were men; 133 patients had Rutherford 5 and 76 had Rutherford 6 lesions, with similar distribution in both groups. The WIfI risk for amputation was also similar for both groups, and it was low in 24%, moderate in 14% and high in 62%. We found significant differences between groups in the healing time for the following cut-off values of PA parameters: AT>6 seconds and improvement of MTT>1.7 seconds or the MTT>4.1 seconds after the treatment. The ATS, while being a simpler classification than current used system, not only showed a better correlation with parameters such as the transcutaneous pressure of oxygen (TcPO2) and PA; but also demonstrated, in a subsequent analysis, a better correlation with ulcer healing and amputation free-survival in patients with Rutherford 5 lesions.

Thesis (M. Phil.)--Hong Kong University of Science and Technology, 2003.
Includes bibliographical references (leaves 60-62). Also available in electronic version. Access restricted to campus users.

Hypothèse: obtenir un remplissage important de l'anévrisme avec des coils permet de diminuer l'incidence de la recanalisation. Dans la première partie, nous avons utilisé différents types de coils afin de remplir des modèles in vitro d'anévrismes. Les coils "Souples " ont permis d'obtenir des taux de remplissage plus élevés que les coils " Standards ". De la même manière, les coils de formes " Complexes " ont permis d'obtenir des taux de remplissage plus élevés que les coils de forme " Hélicoïdale ". Par ailleurs, l'angiographie 3D (AR3D) s'est révélée plus exacte que l'angio scanner et l'angio IRM pour le calcul du volume anévrismal. Dans la deuxième partie, nous avons utilisé l'AR3D pour mesurer in vivo les volumes de 255 anévrismes. Le taux de remplissage n'est pas apparu comme un facteur déterminant quant à l'incidence de la recanalisation. A l'inverse, le volume de la lésion et la durée du suivi sont apparus comme les éléments déterminants de la survenue d'une recanalisation
Background: to fill an aneurysm with detachable platinum coils as much as possible ensure protection against further aneurysm recurrence. As a start, silicone sidewall aneurysm models were filled with various types of coils using conventional endovascular technique. Higher packing ratios (volume of inserted coils / volume of the aneurysm) were obtained with “Soft” coils when compared with “Standard” coils. As well, “Complex-shaped” coils provided with higher packing ratios than did “Helicoidal” coils. Moreover, 3D angiography was found to be more accurate than CT and MR angiographies in the determination of the aneurysm volume. Secondly, in the clinical setting, we used 3D angiography in 255 aneurysm volume measurements and calculation of packing ratios. High aneurysm packing ratios were not found to protect against aneurysm recurrence. Conversely, the aneurysm volume and the duration of angiographic follow-up were found to be statistically determinant factors of aneurysm recurrence

La sequence d'echos stimules est une des sequences les plus importantes de la resonance magnetique nucleaire par ses applications en spectroscopie comme en imagerie. Habituellement on ne tire pas parti de l'intervalle de temps qui existe entre la seconde et la troisieme impulsion de la sequence (90t#190t#290t#3acq) et ce travail montre tout l'interet de cette seconde periode d'evolution des aimantations. Tout d'abord on peut effectuer la cartographie d'un champ magnetique ou realiser des experiences d'imagerie de deplacement chimique grace qux echos stimules. Une modification importante de la sequence consiste a appliquer une impulsion de 180 au milieu de l'intervalle t#2 et deux importantes applications, sont alors developpees, l'une en imagerie l'autre en spectroscopie. Il est en effet possible grace a la sequence d'echos stimules modifies (90t#190t#2/2-180t#2-90-t#1-acq) de reduire considerablement les signaux en provenance de milieux statiques tout en renforcant ceux des liquides en mouvement en imagerie de debit. En spectroscopie, une methode d'edition de spectres de systemes de spins couples a ete realisee sur la base de la meme sequence et utilisee pour l'observation de l'ion lactate "in vivo

Pulmonary arterial thromboembolism (PATE) is the third most common acute cardiovascular disease after myocardial infarction and stroke. Frequently individual symptoms are nonspecific making clinical diagnosis of acute PATE difficult. Computed tomographic (CT) pulmonary angiography has become the first line examination performed in patients with suspected acute PATE. Severity of acute PATE directs treatment strategies and allows prognostication of outcomes. It is reported that patients with normal blood pressure and impaired RV function have a larger average PATE-related short-term mortality compared to patients with normal RV function. Cardiopulmonary CT with retrospective electrocardiographic synchronization allows simultaneous evaluation of pulmonary arterial bed, cardiac function, coronary arteries and thoracic aorta. We have used cardiopulmonary CT to detect right and left ventricular changes in the setting of acute PATE, to describe relationship between reduced right ventricular function and pulmonary arterial thromboembolic burden and to find best predictors of markedly reduced right ventricular ejection fraction. Reproducibility of right ventricular measurements in cardiopulmonary CT images and quality analysis of cardiopulmonary CT for evaluation of coronary arteries and thoracic aorta were done. Results of the study show that both the right and left ventricles develop detectable changes in acute PATE patients, the decrease of the right ventricular ejection fraction... [to full text]
Plaučių arterijos trombinė embolija (PATE) – sunki ūminė ir neretai atkrintanti širdies ir kraujagyslių liga. Tik miokardo infarktas ir galvos smegenų insultas yra dažnesni negu ūminė PATE. Ūminės PATE diagnostika nėra lengva. Klinikiniai simptomai dažnai esti neraiškūs ar nespecifiniai. Šiuolaikinėje klinikinėje praktikoje pirmo pasirinkimo tyrimas įtariant ūminę PATE yra plaučių arterijos kompiuterinės tomografijos (KT) angiografija. Sergančiųjų, kuriems dėl plaučių embolijos dar nėra išsivysčiusi sisteminė arterinė hipotenzija, mirštamumo rizika priklauso nuo embolijos apimties ir dešiniojo skilvelio būklės. Šie rodikliai rodo ligos sunkumą, kurį svarbu įvertinti parenkant ūminės PATE gydymą ir nusakant ligos prognozę. Taikydami sinchronizuotą su elektrokardiograma širdies ir plaučių KT norėjome aptikti dešiniojo ir kairiojo skilvelių būklės pokyčius sergantiesiems ūmine PATE, nustatyti sutrikusios dešiniojo skilvelio veiklos sąsajas su embolijos apimtimi bei aptikti rodiklius, tiksliausiai prognozuojančius ženklų dešiniojo skilvelio išstūmimo frakcijos sumažėjimą. Patikrinome, kaip tiksliai gali būti atkartojami dešiniojo skilvelio tūrio ir morfometrijos matavimai. Taip pat atlikome širdies ir plaučių KT vainikinių arterijų ir krūtininės aortos vaizdumo analizę. Nustatėme, kad įvykus ūminei PATE aptinkami ne tik dešiniojo bet ir kairiojo širdies skilvelio būklės pokyčiai, kad dešiniojo skilvelio išstūmimo frakcija mažėja proporcingai embolijos apimčiai, o dešiniojo ir... [toliau žr. visą tekstą]

In this thesis a recently developed energy resolving x-ray detector (Medipix) is used to investigate potential medical applications of spectral x-ray imaging. Computed Tomography (CT) is one of the most important medical imaging modalities. Recent developments in CT techniques include dual-energy CT, where images are taken with two different x-ray spectra by either using two x-ray tubes operated at different voltages, or modulating the operating voltage of a single tube. These techniques provide spectral information in the CT dataset but are limited to what can be achieved by manipulating the x-ray source, since the detectors used in current CT systems are unable to provide spectral information about the detected x-rays. A preliminary investigation of the use of the Medipix detectors for two different medical applications is presented. The first, applications is imaging of blood vessels for diagnosis of vascular diseases, and the second, characterising and measuring the energy dependence of x-ray attenuation in fat and liver tissue using the Medipix2 detector. This second investigation is part of work towards (eventually) quantifying the fat content of liver tissue in vivo, which is important for the early diagnosis of fatty liver disease. While an early attempt to identify iron fluorescence x-rays in a Monte-Carlo simulation of blood vessel x-ray image was not successful, the potential for improving image contrast using the changes in x-ray attenuation at the iodine k-edge iodine have been investigated in a series of further simulations and appears to be feasible. The potential use of spectral imaging to differentiate and quantify tissues without the need for added contrast material has been investigated by using a Medipix2 detector to measure the energy dependence of x-ray absorption in fat and liver tissue. The results of this experimental work show significant differences in x-ray attenuation between these two tissues that suggest this form of spectral imaging may be useful in practice.

Atherosclerosis is a systemic disease of the vessel wall that occurs in the aorta, carotid, coronary and peripheral arteries. Atherosclerotic plaques in coronary arteries may cause the narrowing (stenosis) or complete occlusion of the arteries and lead to serious results such as heart attacks and strokes. Medical imaging techniques such as X-ray angiography and computed tomography angiography (CTA) have greatly assisted the diagnosis of atherosclerosis in living patients. Analyzing and quantifying vessels in these images, however, is an extremely laborious and time consuming task if done manually. A novel image segmentation approach and a quantitative shape analysis approach are proposed to automatically isolate the coronary arteries and measure important parameters along the vessels. The segmentation method is based on the active contour model using the level set formulation. Regional statistical information is incorporated in the framework through Bayesian pixel classification. A new conformal factor and an adaptive speed term are proposed to counter the problems of contour leakage and narrowed vessels resulting from the conventional geometric active contours. The proposed segmentation framework is tested and evaluated on a large amount of 2D and 3D, including synthetic and real 2D vessels, 2D non-vessel objects, and eighteen 3D clinical CTA datasets of coronary arteries. The centerlines of the vessels are proposed to be extracted using harmonic skeletonization technique based on the level contour sets of the harmonic function, which is the solution of the Laplace equation on the triangulated surface of the segmented vessels. The cross-sectional areas along the vessels can be measured while the centerline is being extracted. Local cross-sectional areas can be used as a direct indicator of stenosis for diagnosis. A comprehensive validation is performed by using digital phantoms and real CTA datasets. This study provides the possibility of fully automatic analysis of coronary atherosclerosis from CTA images, and has the potential to be used in a real clinical setting along with a friendly user interface. Comparing to the manual segmentation which takes approximately an hour for a single dataset, the automatic approach on average takes less than five minutes to complete, and gives more consistent results across datasets.

博士
國立陽明大學
生物醫學影像暨放射科學系
106
Time-resolved 3D DSA, also known as 4D DSA, enables inspection of vasculature from any desired angle and time frame. The 4D DSA encompass both time resolved hemodynamics and 3D vascular architecture, and theoretically provides more insights the physiological conditions of the blood flow. It is our interest to study the reconstructed vascular anatomy by the currently available 4D DSA algorithm, and evaluate its potential role in defining abnormal vascular structures in Gamma Knife Radiosurgery treatment planning. It is found that the 4D DSA and MRI depict consistent 3D structures of AVM nidus. For more structurally intricate AVM nidus, 4D DSA may facilitate differentiating normal brain tissue and even different arterial territories of AVM nidus with multiple feeding arteries. In addition, the reconstructed 4D DSA contrast medium distributions exhibit spatial inhomogeneity and temporal variations, and we attempt to interpret these observations based on known fluid mechanics. Blood flow simulations were carried out for qualitative comparison between simulated flow field and the contrast medium distributions. The temporal variations may be used to estimate axial blood flow velocity. And the secondary flow patterns on the transverse plane of the blood vessel may be inferred from the spatial inhomogeneity on the transverse plane; a physical deduction is provided as rational base to support these observations. The advantages of 4D DSA in encompassing both anatomical and physiological information boost its diagnosis value, and potentially fulfill its role as an one-stop imaging modality.

博士
國立臺灣大學
醫學工程學研究所
105
Head Computed Tomography Angiography (CTA) is an important image modality for evaluation of various vascular diseases of head. With contrast injection, the vessels become high-density structures and can be evaluated. The bones are also high-density structures on CT. Many head vessels traverse the bones. Some vascular anomalies or disorders occur in or adjacent to the bones, and conventional CTA is difficult to evaluate these situations. Image reconstruction is also not easy if the key structures are obscured by the bones. Hybrid CTA is a technique for bone removal. An additional precontrast scan is needed. Motion correction between precontrast and postcontrast images is performed first. A bone mask is produced from precontrast images. Subtraction is performed inside the mask. A soft tissue value is added to the subtracted value for even background. A bone-eliminated CTA can be obtained. With hybrid CTA, vascular diseases that may be masked by bones can be better evaluated. Here, hybrid CTA was used for two diseases. The first one was dural arteriovenous fistula (AVF), which was adjacent to or in the bones. Conventional CTA had limited value in diagnosis of dural AVF, but hybrid CTA showed a good accuracy. The other was carotid chronic total occlusion, with its distal end occasionally in the skull base. Hybrid CTA could detect the distal end of occlusion, which was associated with successful rate in endovascular recanalization and re-occlusion rate after recanalization.

碩士
長庚大學
電機工程學系
103
Optical coherence tomography (OCT) has the advantages of high resolution, noninvasive imaging and high speed scanning. In this study, we demonstrate an OCT-based angiographic technique without the use of extra dyes and contrast agents, enabling to reconstruct three-dimensional angiography in biological tissue. In this thesis, we developed a swept-source OCT system with a central wavelength of 1060 nm, and a frame rate of 100 frames/s. The longitudinal and transverse resolutions of the developed system are approximately 5 and 7 m, respectively. According to the proposed method for obtaining a large scanning area, the largest scanning area can achieve 14.3 × 8.1 × 2 mm3. In addition, the developed OCT system is applied to three subjects including (1) the study on fractional laser-assisted drug delivery, (2) the study on skin inflammation, (3) the investigation of temporal effects on vessels induced by focused ultrasound (FUS). To study the feasibility of laser-assisted drug delivery and observation of the drug diffusion process, a fractional laser was implemented for production of microthermal ablation zones (MAZs) on nails. Then, the speckle variance of OCT signal was evaluated, which can be used for observation of water and drug diffusion in nails. In addition, to study skin inflammation, the inflammation process of skin was recorded with OCT. From the results, the structural change and angiogenesis can be found. Moreover, OCT is used for investigation of temporal effects on vessels induced by focused ultrasound. The results show that the induced blood leakage can be observed.