Traitement et exploration d'images TDM pour l'évaluation des bioprothèses valvulaires aortiques

Le but de cette étude est d évaluer la faisabilité de l analyse tomodensitométrique 3D des bioprothèses aortiques pour faciliter leur évaluation morphologique durant le suivi et d aider la sélection de cas et améliorer la planification d une procédure valvein-valve. Le challenge était représenté par le rehaussement des feuillets valvulaires, en raison d images très bruitées. Un angio-scanner synchronisé était réalisé chez des patients porteurs d une bioprotèses aortique dégénérée avant réintervention (images in-vivo). Différentes méthodes pour la réduction du bruit étaient proposées. La reconstruction tridimensionnelle des bioprothèses était réalisée en utilisant des méthodes de segmentation de régions par "sticks". Après réopération ces méthodes étaient appliquées aux images scanner des bioprothèses explantées (images ex-vivo) et utilisées comme référence. La réduction du bruit obtenue par le filtre stick modifié montrait meilleurs résultats en rapport signal/bruit en comparaison aux filtres de diffusion anisotropique. Toutes les méthodes de segmentation ont permis une reconstruction 3D des feuillets. L analyse qualitative a montré une bonne concordance entre les images obtenues in-vivo et les altérations des bioprothèses. Les résultats des différentes méthodes étaient comparés par critères volumétriques et discutés. Les bases d'une première approche de visualisation spatio-temporelle d'images TDM 3D+T de la prothèse valvulaire ont été proposés. Elle implique des techniques de rendu volumique et de compensation de mouvement. Son application à la valve native a aussi été envisagée. Les images scanner des bioprothèses aortiques nécessitent un traitement de débruitage et de réduction des artéfacts de façon à permettre le rehaussement des feuillets prothétiques. Les méthodes basées sticks semblent constituer une approche pertinente pour caractériser morphologiquement la dégénérescence des bioprothèses.The aim of the study was to assess the feasibility of CT based 3D analysis of degenerated aortic bioprostheses to make easier their morphological assessment. This could be helpful during regular follow-up and for case selection, improved planning and mapping of valve-in-valve procedure. The challenge was represented by leaflets enhancement because of highly noised CT images. Contrast-enhanced ECG-gated CT scan was performed in patients with degenerated aortic bioprostheses before reoperation (in-vivo images). Different methods for noise reduction were tested and proposed. 3D reconstruction of bioprostheses components was achieved using stick based region segmentation methods. After reoperation, segmentation methods were applied to CT images of the explanted prostheses (exvivo images). Noise reduction obtained by improved stick filter showed best results in terms of signal to noise ratio comparing to anisotropic diffusion filters. All segmentation methods applied to the best phase of in-vivo images allowed 3D bioprosthetic leaflets reconstruction. Explanted bioprostheses CT images were also processed and used as reference. Qualitative analysis revealed a good concordance between the in-vivo images and the bioprostheses alterations. Results from different methods were compared by means of volumetric criteria and discussed. A first approach for spatiotemporal visualization of 3D+T images of valve bioprosthesis has been proposed. Volume rendering and motion compensation techniques were applied to visualize different phases of CT data. Native valve was also considered. ECG-gated CT images of aortic bioprostheses need a preprocessing to reduce noise and artifacts in order to enhance prosthetic leaflets. Stick based methods seems to provide an interesting approach for the morphological characterization of degenerated bioprostheses.RENNES1-Bibl. électronique (352382106) / SudocSudocFranceF

Construction of a complete set of orthogonal Fourier-Mellin moment invariants for pattern recognition applications

International audienceThe completeness property of a set of invariant descriptors is of fundamental importance from the theoretical as well as the practical points of view. In this paper, we propose a general approach to construct a complete set of orthogonal Fourier-Mellin moment (OFMM) invariants. By establishing a relationship between the OFMMs of the original image and those of the image having the same shape but distinct orientation and scale, a complete set of scale and rotation invariants is derived. The efficiency and the robustness to noise of the method for recognition tasks are shown by comparing it with some existing methods on several data sets

eXiTCDSS: A framework for a workflow-based CBR for interventional Clinical Decision Support Systems and its application to TAVI

This work has been financed by the Spanish Government Commission Ministerio de Industria, Turismo y Comercio (MITyC) under the project PLAN AVANZA 2 labeled by Information Technology for European Advancement 2 (ITEA2). Also, this research project has been partially funded through the project labeled DPI2011-24929.International audienceClinical Decision Support System (CDSSs) should form an important part of the field of clinical knowledge management technologies through their capacity to support the clinical process and use of knowledge, including knowledge maintenance and continuous learning, from diagnosis and investigation through surgery, treatment and long-term care. The work presented shows a workflow-based CDSS designed to give case-specific assessment to clinicians during complex surgery or Minimally Invasive Surgery (MISs). Following a perioperative workflow, the designed software will use a Case-Based Reasoning (CBR) methodology to retrieve similar past cases from a case base to provide support at any particular point of the process. The graphical user interface allows easy navigation through the whole support progress, from the initial configuration steps to the final results organized as sets of experiments easily visualized in a user-friendly way. The eXiTCDSS tool is presented giving support to a recent complex minimally invasive surgery which is receiving growing attention lately, the Transcatheter Aortic Valve Implantation (TAVI). The results obtained are presented on a basis of a real TAVI case base of 82 patients operated at Rennes University Hospital

Application de la navigation active à la caractérisation automatique de structures anatomiques

Les volumes tridimensionnels obtenus par scanner hélicoïdal ou IRM permettent de se déplacer virtuellement à l'intérieur de structures anatomiques et de les observer. Nous proposons une nouvelle méthode pour guider la planification de trajectoires grâce à l'interprétation locale des images pendant la navigation à l'intérieur des cavités d'une structure anatomique et ce sans prétraitement sur le volume initial. Le capteur virtuel construit un modèle de la scène inconnue grâce à l'analyse de l'image. Cette exploration autorise la caractérisation quantitative et qualitative de la structure anatomique ce qui est fondamental dans cette nouvelle application de l'endoscopie virtuelle qui concerne la chirurgie vasculaire. Nous reportons en particulier les résultats obtenus sur des images volumiques de fantômes et de patients acquises par scanner hélicoïdal en conditions cliniques

Radiothérapie guidée par l'image du cancer de la prostate (vers l'intégration des déformations anatomiques)

Ce travail de thèse porte sur la quantification et la prise en compte des variations anatomiques en cours de radiothérapie guidée par l'image pour le cancer de la prostate. Nous proposons tout d'abord une approche basée population pour quantifier et analyser les incertitudes géométriques, notamment à travers des matrices de probabilité de présence de la cible en cours de traitement. Nous proposons ensuite une méthode d'optimisation des marges suivant des critères de couverture géométrique de la cible tumorale. Cette méthode permet d'obtenir des marges objectives associées aux différents types d'incertitudes géométriques et aux différentes modalités de repositionnement du patient. Dans un second temps, nous proposons une méthode d'estimation de la dose cumulée reçue localement par les tissus pendant un traitement de radiothérapie de la prostate. Cette méthode repose notamment sur une étape de recalage d'images de façon à estimer les déformations des organes entre les séances de traitement et la planification. Différentes méthodes de recalage sont proposées, suivant les informations disponibles (délinéations ou points homologues) pour contraindre la déformation estimée. De façon à évaluer les méthodes proposées au regard de l'objectif de cumul de dose, nous proposons ensuite la génération et l'utilisation d'un fantôme numérique reposant sur un modèle biomécanique des organes considérés. Les résultats de l'approche sont présentés sur ce fantôme numérique et sur données réelles. Nous montrons ainsi que l'apport de contraintes géométriques permet d'améliorer significativement la précision du cumul et que la méthode reposant sur la sélection de contraintes ponctuelles présente un bon compromis entre niveau d'interaction et précision du résultat. Enfin, nous abordons la question de l'analyse de données de populations de patients dans le but de mieux comprendre les relations entre dose délivrée localement et effets cliniques. Grâce au recalage déformable d'une population de patients sur une référence anatomique, les régions dont la dose est significativement liée aux événements de récidive sont identifiées. Il s'agit d'une étude exploratoire visant à terme à mieux exploiter l'information portée par l'intégralité de la distribution de dose, et ce en fonction du profil du cancer.This work deals with the quantification and the compensation of anatomical deformations during image-guided radiotherapy of prostate cancer. Firstly, we propose a population-based approach to quantify the geometrical uncertainties by means of coverage probability matrices of the target tumor during the treatment. We then propose a margins optimization method based on geometrical coverage criteria of the tumor target. This method provides rationnal margins models associated to the different geometrical uncertainties and patient repositioning protocols. Secondly, we propose a method to estimate the locally accumulated dose during the treatment. This method relies on a deformable image registration process in order to estimate the organ deformations between each treatment fraction and the planning. Different registration methods are proposed, using different level of user interactions (landmarks specification or delineations) to constrain the deformation estimation. In order to evaluate the performance of the proposed methods, we then describe the generation of a numerical phantom based on a biomechanical model. The results are presented for the numerical phantom and real clinical cases. We show that the benefit brought by the manual placement of some landmarks to constrain the registration represents a good compromise between the required interaction level and the dose estimation accuracy. Finally, we address the issue of the analysis of population data in order to better understand the relationship between the locally delivered dose and clinical effects. With deformable image registration of a population of patients on an anatomical template, regions whose dose is significantly associated with recurrence events are identified. This last part is an exploratory study aiming to better use the information carried by the entire distribution dose, and according to the cancer profile.RENNES1-Bibl. électronique (352382106) / SudocSudocFranceF

Coronary vein tracking from MSCT using a minimum cost path approach

International audienceIn this paper, we deal with the problem of tracking the coronary venous tree from Multi-Slice Computed Tomography (MSCT) angiography. Contrast inhomogeneities are a major issue. The proposed tracking procedure is based on minimum-cost path computation and makes use of `Fast-Marching' technique. The algorithm aims at propagating a front inside a vascular structure and extracting a centered path. To achieve this goal, a specific cost function which combines the vessel local orientation to a vesselness measure is designed. Experiments on synthetic data and real data have been performed. Coronary veins with contrast difficulties are extracted with a low computing time

Review of patient-specific simulations of transcatheter aortic valve implantation

International audienceTranscatheter Aortic Valve Implantation (TAVI) accounts for one of the most promising new cardiovascular procedures. This minimally invasive technique is still at its early stage and is constantly developing thanks to imaging techniques, computer science, biomechanics and technologies of prosthesis and delivery tools. As a result, patient-specific simulation can find an exciting playground in TAVI. It canexpress its potential by providing the clinicians with powerful decision support, offering great assistance in their workflow. Through a review of the current scientific field, we try to identify the challenges and future evolutions of patient-specific simulation for TAVI. This review article is an attempt to summarize and coordinate data scattered across the literature about patient-specific biomechanical simulation for TAVI

Quantification of the volumetric benefit of image-guided radiotherapy (IGRT) in prostate cancer: margins and presence probability map

International audiencePURPOSE: To quantify the prostate and seminal vesicles (SV) anatomic variations in order to choose appropriate margins including intrapelvic anatomic variations. To quantify volumetric benefit of image-guided radiotherapy (IGRT). PATIENTS AND METHODS: Twenty patients, receiving a total dose of 70 Gy in the prostate, had a planning CT scan and eight weekly CT scans during treatment. Prostate and SV were manually contoured. Each weekly CT scan was registered to the planning CT scan according to three modalities: radiopaque skin marks, pelvis bone or prostate. For each patient, prostate and SV displacements were quantified. 3D maps of prostate and SV presence probability were established. Volumes including minimal presence probabilities were compared between the three modalities of registration. RESULTS: For the prostate intrapelvic displacements, systematic and random variations and maximal displacements for the entire population were: 5mm, 2.7 mm and 16.5mm in anteroposterior axis; 2.7 mm, 2.4mm and 11.4mm in superoinferior axis and 0.5mm, 0.8mm and 3.3mm laterally. Margins according to van Herk recipe (to cover the prostate for 90% of the patients with the 95% isodose) were: 8mm, 8.3mm and 1.9 mm, respectively. The 100% prostate presence probability volumes correspond to 37%, 50% and 61% according to the registration modality. For the SV, these volumes correspond to 8%, 14% and 18% of the SV volume. CONCLUSIONS: Without IGRT, 5mm prostate posterior margins are insufficient and should be at least 8mm, to account for intrapelvic anatomic variations. Prostate registration almost doubles the 100% presence probability volume compared to skin registration. Deformation of SV will require either to increase dramatically margins (simple) or new planning (not realistic)

Analyse quantitative d'un volume image par angioscopie virtuelle

- Dans le domaine vasculaire, la connaissance précise des paramètres géométriques des artères et de leurs lésions est nécessaire au diagnostic préopératoire et au choix d'outils endovasculaires adaptés. Au delà de l'instrument de visualisation, l'angioscopie virtuelle doit constituer un outil d'exploration et d'analyse quantitative des structures vasculaires pour le diagnostic, la plannification et l'assistance de l'acte interventionnel. Nous présentons ici une extension géométrique et fonctionnelle du modèle de l'endoscope virtuel, lui permettant de réaliser, au cours de la navigation exploratoire virtuelle et suivant l'axe des structures anatomiques, l'extraction adaptative, opérateur-indépendante et précise de la surface interne des vaisseaux, en particulier en présence de lésions. L'évaluation de l'analyse quantitative de lésions vasculaires par angioscopie virtuelle dans un volume image TDM a été réalisée sur un modèle animal de resténose hyperplasique

Method for Narrow Vascular Structure Segmentation in Ct Data.

International audienc