Traitement et analyse d'images cardiaques Traité IC2, série Information et Science du Vivant

Cet ouvrage fait suite au traité intitulé Imagerie dynamique cardiaque et thoracique qui proposait un panorama des modalités et systèmes d’imagerie d’exploration du cœur et du thorax. L’objectif du présent ouvrage est de réaliser un état de l’art des méthodes de traitement, d’analyse et de modélisation des images produites par ses systèmes dans le domaine de l’imagerie cardiaque.
Une première partie présente des concepts et méthodes génériques du traitement d’images en précisant les approches proposées pour leur adaptation à l’imagerie du cœur. Ainsi, les chapitres 1 à 4 traitent respectivement de l’extraction des contours/surfaces du cœur, de la quantification et l’analyse du mouvement, des approches de modélisation et de quantification de la perfusion et de la décomposition de séquences dynamiques d’images pour l’analyse de prise de contraste et du mouvement. La seconde partie présente plusieurs exemples d’applications. Enfin, la combinaison de méthodes avancées de traitement de données et d’images et de modèles complexes permet de préparer une cardiologie patient spécifique. C’est cette perspective qu’introduit le chapitre 9 dans une troisième et dernière partie.

Avant-propos Patrick CLARYSSE et Denis FRIBOULET
Remerciements
Introduction
Patrick CLARYSSE et Denis FRIBOULET

PREMIÈRE PARTIE. BASES MÉTHODOLOGIQUES
Chapitre 1. Extraction et segmentation de structures dans des séquences d’images
Olivier BERNARD, Patrick CLARYSSE, Thomas DIETENBECK, Denis FRIBOULET, Stéphanie JEHAN-BESSON et Jérome POUSIN
1.1. Problématique
1.2. Panorama des méthodes de segmentation
1.3. Synthèse des différentes classes de modèles déformables
1.4. Gabarits déformables
1.5. Contours actifs variationnels
1.6. Intégration de contraintes a priori dans le formalisme des contours variationnels
1.7. Exemple de mise en œuvre en imagerie cardiaque
1.8. Conclusion
1.9. Bibliographie
Chapitre 2. Estimation et analyse du mouvement
Patrick CLARYSSE et Jérome POUSIN
2.1. Problématique
2.2. Formulation du problème
2.3. Méthodes de transport
2.4. Approches probabilistes
2.5. Recalage d’images
2.6. Méthodes locales
2.7. Méthodes hybrides
2.8. Méthodes basées sur la phase
2.9. Recalage et estimation de mouvement dans une séquence d’images
2.10. Evaluation des méthodes d’estimation de mouvement
2.11.Conclusion
2.12. Bibliographie
Chapitre 3. Analyse, méthodes et post-traitements d’images par résonance magnétique dynamiques pour la quantification de la perfusion myocardique
Bruno NEYRAN et Magalie VIALLON
3.1. Introduction
3.2. Mesure dynamique de la perfusion à l’aide d’agents de contraste : rappel sur les séquences IRM et les différents agents de contraste utilisés
3.3. Correction du mouvement et segmentation des contours du myocarde : pré-traitements importants avant l’analyse quantitative
3.4. Analyse semi-quantitative de la perfusion : calcul de paramètres relatifs dépendant de l’injection du produit de contraste
3.5. Paramètres absolus indépendants de l’injection du produit
de contraste (prise en compte de l’entrée artérielle) : modélisation pharmaco-cinétique
3.6. Conclusion
3.7. Bibliographie
Chapitre 4. Décomposition tensorielle d’une séquence dynamique d’images en éléments simples
Frédérique FROUIN et Claire PELLOT-BARAKAT
4.1. Problématique
4.2. Panorama des méthodes d’analyse quantitative des séquences dynamiques d’images
4.3. Méthodes pour une décomposition tensorielle d’une séquence d’images en éléments simples
4.4. Spécifications pour les études de suivi d’un radiotraceur ou d’un produit de contraste
4.5. Spécifications pour l’étude du mouvement cardiaque
4.6. Conclusion
4.7. Bibliographie

DEUXIÈME PARTIE. EXEMPLES D’APPLICATIONS
Chapitre 5. Evaluation de la segmentation des structures cardiaques en imagerie dynamique par résonance magnétique
Alain LALANDE, Mireille GARREAU, Frédérique FROUIN, et groupe GRIC-MEDIEVAL
5.1. Contexte : intérêt de la segmentation automatique des structures cardiaques
5.2. Nécessité de l’évaluation
5.3. Méthodes d’évaluation empiriques
5.4. Méthodes d’évaluation visuelle
5.5. Méthodes supervisées
5.6. Méthodes d’évaluation non supervisées
5.7. Conclusion
5.8. Groupes de travail IMPEIC et MEDIEVAL
5.9. Bibliographie
Chapitre 6. Estimation du mouvement du cœur basée sur la phase en imagerie cardiaque multimodalités
Martino ALESSANDRINI, Adrian BASARAB, Olivier BERNARD et Philippe DELACHARTRE
6.1. Images de phase
6.2. Estimation de mouvement par flux optique sur la phase de deux signaux analytiques simple-orthants et en utilisant un maillage déformable – Application à des séquences IRM cardiaques
6.3. Estimation de mouvement par flux optique sur la phase monogène en utilisant un modèle local affine et une analyse multi-échelle – Application à des séquences cardiaques ultrasonores
6.4. Bibliographie
Chapitre 7. Estimation du mouvement cardiaque en IRM marquée
Patrick CLARYSSE et Pierre CROISILLE
7.1. Quantification du mouvement par la méthode SinMod
7.2. Chaîne de traitement et fonctionnalités du logiciel inTag
7.3. Perspectives
7.4. Bibliographie
Chapitre 8. Estimation du mouvement du ventricule gauche en imagerie tomodensitométrique
Antoine SIMON, Mireille GARREAU, Régis DELAUNAY, Dominique BOULMIER, Erwan DONAL et Christophe LECLERCQ
8.1. Introduction
8.2. Méthode de mise en correspondance de surfaces
8.3. Evaluation de l’approche surface-surface
8.4. Conclusion sur l’approche surface-surface
8.5. Méthode de mise en correspondance d’une surface et d’un volume : approche surface-volume
8.6. Evaluation de l’approche surface-volume
8.7. Conclusion
8.8. Remerciements
8.9. Bibliographie

TROISIÈME PARTIE. VERS LA CARDIOLOGIE PATIENT SPÉCIFIQUE
Chapitre 9. Personnalisation de modèles électromécaniques de la fonction ventriculaire cardiaque par assimilation de données cliniques hétérogènes
Stéphanie MARCHESSEAU, Maxime SERMESANT, Florence BILLET, Hervé DELINGETTE et Nicholas AYACHE
9.1. Introduction
9.2. Personnalisation de l’anatomie et de l’électrophysiologie à partir des données cliniques
9.3. Modélisation de la mécanique du coeur
9.4. Traitement des données images : personnalisation de la cinématique cardiaque
9.5. Calibration des paramètres mécaniques à partir de données globales
9.6. Personnalisation mécanique par assimilation de données variationnelle
9.7. Conclusion
9.8. Bibliographie

Conclusion
Patrick CLARYSSE et Denis FRIBOULET
Annexe A. Plans de coupe en imagerie cardiaque
Charles DE BOURGUIGNON, Patrick CLARYSSE et Denis FRIBOULET
Annexe B. Analyse, méthodes et post-traitements d’images par RM dynamiques pour la quantification de la perfusion myocardique
Bruno NEYRAN et Magalie VIALLON
Index

Cet ouvrage s’adresse aux étudiants, aux scientifiques et aux ingénieurs amenés à travailler dans ce domaine passionnant avec pour ambition de faciliter l’accès et la compréhension d’une bibliographie riche et multidisciplinaire.

Liste des auteurs

Martino ALESSANDRINI
Université catholique de Louvain
Belgique

Nicholas AYACHE
Asclepios Project
Inria
Sophia Antipolis

Adrian BASARAB
IRIT
Université Paul Sabatier
Toulouse

Olivier BERNARD
CREATIS
INSA Lyon

Florence BILLET
MINMAXMEDICAL
Grenoble

Dominique BOULMIER
LTSI
Université de Rennes, CHU Rennes

Patrick CLARYSSE
CREATIS
CNRS
Université de Lyon

Pierre CROISILLE
CREATIS
Université de Lyon (Saint-Etienne)

Philippe DELACHARTRE
CREATIS
INSA Lyon

Régis DELAUNAY
LTSI
Université de Rennes 1, CHU Rennes

Hervé DELINGETTE
Asclepios Project
Inria
Sophia Antipolis

Thomas DIETENBECK
LIB
Université Pierre et Marie Curie
Paris
Erwan DONAL
LTSI
Université de Rennes 1, CHU Rennes

Denis FRIBOULET
CREATIS
INSA Lyon

Frédérique FROUIN
LIB
Université Pierre et Marie Curie
Paris

Mireille GARREAU
LTSI
Université de Rennes 1

Stéphanie JEHAN-BESSON
GREYC
Université de Caen

Alain LALANDE
Le2i
Université de Dijon

Christophe LECLERCQ
LTSI
Université de Rennes 1, CHU Rennes

Stéphanie MARCHESSEAU
Université nationale de Singapour

Bruno NEYRAN
CREATIS
Université Claude Bernard Lyon 1

Claire PELLOT-BARAKAT
LIB
Université Pierre et Marie Curie
Paris

Jérome POUSIN
Institut Camille Jordan
Université de Lyon

Maxime SERMESANT
Asclepios Project
Inria
Sophia Antipolis

Antoine SIMON
LTSI
Université de Rennes 1

Magalie VIALLON
CREATIS