Academic literature on the topic 'Artères fantômes'

La vélocimétrie par IRM est une modalité intéressante pour explorer des pathologies cardiovasculaires. La séquence d'IRM en contraste de phase a la particularité de fournir à la fois des informations anatomiques et des informations physiologiques, permettant ainsi de mesurer les propriétés géométriques des vaisseaux ainsi que leurs propriétés hémodynamiques. Le but de cette thèse est d'automatiser la segmentation des vaisseaux et les mesures de vélocimétrie, un traitement manuel étant inadapté à une exploitation de la vélocimétrie IRM à des fins diagnostiques en routine clinique. Les travaux menés ont conduit à proposer une méthode de segmentation basée sur les contours actifs guidés par une information région (approche " région "), contrairement aux approches classiques se focalisant uniquement sur les frontières inter-régions (approche " contour "). Cette approche " région " a été évaluée sur des données provenant d'un fantôme réalisé afin de disposer d'une référence objective. Une seconde évaluation a été réalisée sur une base de 28 carotides (14 patients) segmentées manuellement par un radiologue expert. Les résultats obtenus sur les données " fantôme " montrent que l'approche " contour " conduit à une erreur de mesure de l'aire de la lumière de la carotide segmentée et de la mesure du flux de respectivement 18.4 % et 3.6 %. Ces erreurs sont plus importantes que celles obtenues en utilisant l'approche proposée (respectivement 2.3 % et 0.7 %). Ce bénéfice apparaît encore bien supérieur sur la base de patients avec une sous-estimation des aires et débits sanguins de respectivement 40.5 % et 26.5 % pour l'approche " contour ", contre 14,7 et 6.4 % pour l'approche proposée.

Les anévrismes intracrâniens constituent une pathologie critique de santé publique liée à la dégradation de la paroi d’artères cérébrales. Il n’existe actuellement aucune méthode permettant d'estimer le risque de rupture d’un anévrisme qui prenne en compte les propriétés mécaniques in vivo de la paroi anévrismale, pourtant reconnues comme essentielles dans le phénomène de rupture. Ce travail de doctorat s'inscrit dans un projet de grande envergure visant à améliorer les critères d’intervention, actuellement disponibles pour les praticiens, en développant un outil d'aide à la décision non invasif se basant sur l’état mécanique du tissu pour en évaluer la probabilité de rupture. Cet outil reposera sur la définition d'une relation entre la forme de l'anévrisme observé par imagerie clinique et une base de données contenant un ensemble d’images cliniques issues d’études préalables, associées aux propriétés mécaniques in vivo de la paroi et à une caractérisation de sa rupture. Pour produire cette base de données, un dispositif de déformation de la paroi anévrismale est développé dans le cadre du projet global. Ce travail doctoral se focalise sur (1) la calibration, l'optimisation et les tests in vitro de ce dispositif sur artères fantômes et (2) l’application in vivo du dispositif sur un modèle animal d'anévrisme intracrânien. Pour ce faire, un modèle numérique de l'expérimentation in vitro a été implémenté et validé au regard des résultats expérimentaux, grâce au développement d’une méthode de validation originale. Ce modèle éléments finis d’interaction fluide-structure a permis d'appréhender les incertitudes d'utilisation du dispositif au sein de l'anévrisme et d’aider au dimensionnement des artères fantômes. Le meilleur compromis en termes d'épaisseur et de souplesse de la paroi des artères fantômes a ainsi été identifié compte tenu des limites des techniques de fabrication. De plus, une procédure d'analyse inverse a été développée de sorte à estimer les caractéristiques mécaniques de la paroi anévrismale in vivo. Son utilisation repose sur la quantification de la déformation engendrée par le dispositif et visualisée par scanner spectral à comptage photonique, technique d’imagerie médicale émergente dont les résolutions spatio-temporelles permettent une sollicitation contrôlée du tissu sans risque accru de rupture. Les propriétés mécaniques identifiées sont cohérentes avec celles issues des caractérisations ex vivo d'anévrismes similaires disponibles dans la littérature. Enfin, un premier critère de rupture patient-spécifique de la paroi anévrismale, prenant en compte l’état de contrainte in vivo dans le tissu, a été proposé
Intracranial aneurysms are a critical public health condition linked to the degradation of the cerebral artery wall. There is currently no method for estimating the risk of aneurysm rupture that takes into account the in vivo mechanical properties of the aneurysm wall, which are believed to be essential in the rupture phenomenon. This doctoral work is part of a large-scale project aimed at improving the intervention criteria currently available to practitioners by developing a non-invasive decision-support tool based on the mechanical state of the tissue to assess the probability of rupture. This tool will be based on the definition of a relationship between the shape of the aneurysm observed by clinical imaging and a database containing a set of clinical images from previous studies, associated with the in vivo mechanical properties of the wall and a characterisation of the rupture. To produce this database, an aneurysm wall deformation device was developed as part of the overall project. This doctoral work focuses on (1) the calibration, the optimisation and in vitro testing of this device on phantom arteries and (2) the in vivo application of the device on an animal model of intracranial aneurysm. To do this, a numerical model of the in vitro experiment was implemented and validated against the experimental results by developing an original validation method. This finite element model of fluid-structure interaction was used to understand the uncertainties involved in using the device within the aneurysm and to help for dimensioning the phantom arteries. The best compromise in terms of phantom artery wall thickness and flexibility was identified, taking into account the limitations of the fabrication techniques. In addition, an inverse analysis procedure was developed to estimate the mechanical characteristics of the aneurysm wall in vivo. Its use is based on quantifying the deformation generated by the device and visualised by spectral photon-counting computed tomography, an emerging medical imaging technique whose spatio-temporal resolutions allow controlled stressing of the tissue without increasing the risk of rupture. The mechanical properties identified were consistent with those derived from ex vivo characterisations of similar aneurysms available in the literature. Finally, a first patient-specific criterion for rupture of the aneurysm wall, taking into account the state of stress in vivo in the tissue, was proposed

Une chaîne de traitement a été mise en place permettant de reproduire des mouvements physiologiques afin d’en étudier l’influence et tester les solutions pour y pallier. Une méthodologie originale, basée sur des acquisitions échographiques « Doppler Tissue Imaging », a permis de quantifier les mouvements tridimensionnels de contraction cardiaque. Ces données ont alors servi à optimiser le placement des fenêtres temporelles d’acquisition/reconstruction, à quantifier la résolution temporelle minimum pour geler le mouvement cardiaque le long de son cycle et de données d’entrées de commande d’une plateforme de mouvement et pour un simulateur informatique. Une étude dynamique menée sur des modélisations de calcifications d’artère coronaire a montré l’influence du mouvement respiratoire et la nécessité de l’intégrer dans le processus d’acquisition. Des premiers algorithmes d’estimation et de correction du mouvement ont également été testés sur des données brutes réelles et simulées
The new idea presented in this work takes into account patient motion in the acquisition and reconstruction processes. For this work, the complete acquisition system has been developed in order to reproduce physiologic motion, analyse their effect and propose correction methods to reduce image artefacts. A new methodology based on Doppler Tissue Imaging was used to find the motion in three dimensions of several coronary artery segments. Based on these data, optimal temporal windows were defined for reconstruction and an analysis of the ideal temporal window in the heart cycle was proposed. Both motion models were then used the control of a motion platform and as input for computer simulations. A first analysis carried on coronary calcification showed the influence of respiratory motion. Estimation and correction of motions were then performed on CT raw data and simulated motion. This works shows that it is necessary to include motion in the acquisition/reconstruction algorithms in CT

La carotide est une artère très importante, car elle a pour fonction, principale avec le tronc basilaire d'irriguer le cerveau. Le flux sanguin dans cette région est complexe durant un cycle cardiaque. Les différentes formes de flux et en particulier le vortex ont rarement été discutés auparavant, et le battement de la paroi n'est pas pris en compte. Ce travail de thèse est une contribution pour comprendre l'évolution du vortex et les éléments qui l'influencent, en particulier les battements de parois, pour une recherche expérimentale au niveau de modèles de la bifurcation carotidienne. Les fantômes de carotide avec une transparence et une élasticité des parois artérielles proches de la réalité ont été réalisés par la technique de prototypage rapide. La description des phénomènes de flux et de vortex ont été réalisée dans les fantômes rigide et souple des carotides essentiellement de deux manières : longitudinalement par caméra rapide et transversalement par IRM. Une plateforme économique de PIV a été établie pour quantifier précisément le comportement du vortex avec des vecteurs de vitesse. Une méthode de segmentation de région de vortex et une analyse quantitative ont été mises au point pour étudier leur évolution durant le cycle cardiaque par IRM. La reproductibilité du vortex a été validée par une approche statistique. Les paramètres influençant le comportement des vortex dans les fantômes souple et rigide ont été étudiés. Enfin, une étude de faisabilité sur les vortex dans les fantômes en forme de carotide réelle a été réalisée pour la première fois.

Une chaîne de traitement a été mise en place permettant de reproduire des mouvements physiologiques afin d’en étudier l’influence et tester les solutions pour y pallier. Une méthodologie originale, basée sur des acquisitions échographiques « Doppler Tissue Imaging », a permis de quantifier les mouvements tridimensionnels de contraction cardiaque. Ces données ont alors servi à optimiser le placement des fenêtres temporelles d’acquisition/reconstruction, à quantifier la résolution temporelle minimum pour geler le mouvement cardiaque le long de son cycle et de données d’entrées de commande d’une plateforme de mouvement et pour un simulateur informatique. Une étude dynamique menée sur des modélisations de calcifications d’artère coronaire a montré l’influence du mouvement respiratoire et la nécessité de l’intégrer dans le processus d’acquisition. Des premiers algorithmes d’estimation et de correction du mouvement ont également été testés sur des données brutes réelles et simulées
The new idea presented in this work takes into account patient motion in the acquisition and reconstruction processes. For this work, the complete acquisition system has been developed in order to reproduce physiologic motion, analyse their effect and propose correction methods to reduce image artefacts. A new methodology based on Doppler Tissue Imaging was used to find the motion in three dimensions of several coronary artery segments. Based on these data, optimal temporal windows were defined for reconstruction and an analysis of the ideal temporal window in the heart cycle was proposed. Both motion models were then used the control of a motion platform and as input for computer simulations. A first analysis carried on coronary calcification showed the influence of respiratory motion. Estimation and correction of motions were then performed on CT raw data and simulated motion. This works shows that it is necessary to include motion in the acquisition/reconstruction algorithms in CT

Les anévrismes intracrâniens présentent des risques importants en raison de leur taux de rupture élevé et des conséquences qui peuvent être fatales comme lors d’hémorragies méningées. Afin d’effectuer une recherche hémodynamique sur l’anévrisme intracrânien in vitro, un fantôme est indispensable. Jusqu’à présent, des fantômes rigides ou simplifiés sont utilisés dans littérature, peu d’entre eux sont suffisamment fidèle à la réalité. Le travail de cette thèse se concentre sur la méthodologie de fabrication des fantômes patient-spécifiques d’anévrismes intracrâniens ainsi que leur mise en œuvre pour différentes utilisations. Ces fantômes possèdent la forme anatomique de l’artère du patient et une paroi élastique. Ils sont fabriqués en appliquant une technique originale de prototypage rapide. Les fantômes sont vérifiés selon plusieurs aspects. Pour effectuer des recherches hémodynamiques sur les fantômes, un banc d’essai compatible avec différentes modalités d’imagerie a été conçu. L’angiographie par résonance magnétique 2D par contraste de phase a été utilisée pour étudier l’hémodynamique des fantômes. Le comportement dynamique de paroi, les trajectoires 3D du flux et son champ de vélocité sont analysés. L’application potentielle dans domaine clinique du fantôme patient-spécifique a été aussi testée dans cette thèse, des simulations d’intervention sur des anévrismes intracrâniens ont été effectuées sur le banc d’essai et les fantômes, les résultats de différentes méthodes ont été analysés et comparés
Intracranial aneurysms are a hazard to human health because of their high rupture rate and fatal subsequence, such as subarachnoid hemorrhage. In order to carry out a hemodynamic research in vitro on the intracranial aneurysm, a phantom is indispensable. Until now, rigid or simplified phantoms are mainly used in the literature, few among them possess sufficient properties compared with reality. The work of this thesis focuses on the methodology of manufacturing patient-specific phantoms of intracranial aneurysms as well as their implementation for different uses. The phantoms have an anatomical shape of patient’s artery and an elastic wall. They are manufactured by applying an original rapid prototyping technique. The phantoms are examined and verified in different ways. In order to perform a hemodynamic research of the phantoms, a testing platform compatible with different imaging modalities has been designed and established. 2D phase-contrast magnetic resonance angiography was applied in the hemodynamic study of the phantoms. The dynamic behavior of the artery wall, the 3D path-line of flow and the velocity field of flow were analyzed. The potential application in the clinical domain of the patient-specific phantoms was also tested in this thesis, simulations of intervention on intracranial aneurysms were carried out with the testing platform and the phantoms, the results of different treatment strategies were analyzed and compared