Image/Model Fusion for the Quantification of Mitral Regurgitation Severity
Fusion Image/Modèles numériques pour la quantification de la sévérité de la Régurgitation Mitrale
Résumé
The regular supply of nutrients and oxygen to the organs is ensured by the regular contraction of the heart, a major organ of the cardiovascular system. As a result of certain cardiac diseases, cardiac valves may not function properly, which can lead to a retrograde flow of blood. In the case of the mitral valve, located between the left ventricle and the left atrium, it is referred to as mitral regurgitation. It is necessary to quantify the severity of mitral regurgitation in order to propose an appropriate treatment. In the first part of this document, a 3D mathematical model of cardiac hemodynamics is developed and integrates a mitral regurgitation model. We will also take the opportunity to model the isovolumetric phases of the heart. A relatively accurate model of cardiac hemodynamics, but nevertheless reasonable in term of numerical complexity, is thus obtained at the end of this first part. The second part of this document describes the strategy adopted to allow the fusion of medical images with the numerical simulations. An automatic method allowing the personalization of the mathematical model developed in the first part of the manuscript, based on medical images, is presented, allowing a systematic evaluation of the PISA method. Finally, as the methods presented are still too expensive from a numerical point of view, we conclude with the presentation of a blood flow reconstruction method combining Color Doppler images with physical constraints related to blood incompressibility.
L’apport régulier en nutriment et en oxygène aux organes du corps est assuré par la contraction régulière du cœur, organe majeur du système cardiovasculaire. En conséquence de certaines pathologie, il arrive que les valves cardiaques ne fonctionnent pas correctement, pouvant entrainer un flux rétrograde de sang. Dans le cas de la valve mitrale, située entre le ventricule gauche et l'oreillette gauche, on parle de régurgitation mitrale. Il est nécessaire de quantifier au mieux la sévérité de la régurgitation mitrale pour proposer un traitement adapté. Dans la première partie de cette thèse, un modèle numérique 3D de l'hémodynamique cardiaque est présenté incluant notamment un modèle de régurgitation mitrale. On en profitera également pour proposer un modèle permettant la modélisation des phases isovolumétriques du cœur. Un modèle relativement précis de l'hémodynamique cardiaque, mais de complexité numérique raisonnable, est ainsi obtenu à l'issue de cette première partie. La seconde partie de cette thèse décrit la stratégie adoptée pour permettre la fusion de données provenant des images médicales avec des modèles numériques. Une méthode automatique permettant la personnalisation du modèle numérique développé dans la première partie du manuscrit, à partir d'images médicales, est présentée et permets dans un second temps une évaluation systématique la méthode PISA. On termine la thèse avec la présentation d'une méthode de reconstruction du flux sanguin combinant des images Doppler Couleur à des contraintes physiques liées à l'incompressibilité du sang.
Origine : Version validée par le jury (STAR)