Study of cardiac dynamics using three-dimensional images
Étude de la dynamique cardiaque par analyse d'images tridimensionnelles
Résumé
Cardiovascular diseases remain the leading cause of mortality in western developped countries. The diagnosis of such a pathology allows one to provide a patient with a therapy that is more even likely to succeed when performed early. In this thesis, we study cardiac dynamics using three-dimensional images, we are more precisely interested in the left ventricle, the main pump of the blood circulation system. The first part of the work is dedicated to myocardial perfusion studies using single photon emission computed tomography (SPECT): in this clinical study, two 3D functional images of the left ventricle are acquired in order to detect potential ischemiae or infarcts from a pixel to pixel comparison. A tool has been developped to automatically match and resample those images in a normalised geometry, allowing an objective 3D quanti fication of the extent and the evolution of a pathology. It has been tested on a training database of 40 cases and clinically evaluated on a routine database of 250 cases, with a success rate of 97 %, according to an expert. The second part of this work is dedicated to the tracking and the analysis of left ventricular motion: we describe a class of 4D planispheric transformations which are continuous in time and space, leading to a 4D description of the motion. These transformations are determined using a reduced number of control points and the equations are written in a geometry adapted to the shape of the left ventricle. Thanks to this geometry, it is also possible to split the motion into canonical components whose spatial and temporal description leads to an objective analysis of the motion. The method has been tested on a series of gated SPECT and tagged MRI sequences.
Les maladies cardiovasculaires demeurent à ce jour la première cause de mortalité dans les pays occidentaux développés. Le diagnostic d'une pathologie permet de prescrire au patient une thérapie adaptée avec un succès d'autant plus grand que la détection est précoce. Nous nous intéressons dans cette thèse à l'étude de la dynamique cardiaque par analyse d'images tridimensionnelles, plus précisément à l'étude du ventricule gauche, la pompe principale du système de circulation sanguine. La première partie de ces travaux porte sur l'étude de la perfusion myocardique par tomoscintigraphie (SPECT) : dans cette étude, deux images 3D fonctionnelles du ventricule gauche sont acquises afi n de détecter, par comparaison, d'éventuelles ischémies ou infarctus. Un outil a été développé pour mettre en correspondance ces images de façon automatique et de normaliser la géométrie de ces images dans un coeur de référence, en vue d'une quanti fication objective en 3D de l'étendue d'une pathologie. Cet outil a été mis au point sur une base de données d'entraînement de 40 cas et évalué sur une base de données de routine de 250 cas avec un succès de 97 %. La seconde partie de ces travaux porte sur l'étude du mouvement du ventricule gauche : nous décrivons une classe de transformations planisphériques 4D qui permettent de décrire le mouvement du ventricule en 4D (espace + temps). Ces transformations sont continues, dé finies grâce à la donnée d'un nombre réduit de paramètres. Elles sont décrites dans une géométrie particulièrement adaptée, permettant une écriture simple de la transformation. De plus, il est possible de réaliser une décomposition du mouvement dont la description spatiale et temporelle fournit des paramètres quantitatifs en vue d'une analyse objective et, potentiellement, et d'un diagnostic indépendant de l'opérateur. La méthode a été testée sur des séquences d'images tomoscintigraphiques synchronisées à l'électro-cardiogramme (gated SPECT) et par IRM marquées (tagged MRI).
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