Algorithme de détection de ruptures dans un modèle linéaire par morceaux

Cette communication présente un algorithme pour l'identification de paramètres dans un modèle de description de signaux linéaire par morceaux. Dans un premier temps un modèle sans discontinuité est présenté. La méthode d'identification des paramètres se fait au sens des moindres carrés. Le modèle prenant en compte des ruptures possibles dans le signal est ensuite exposé. L'algorithme de complexité quadratique est présenté en détail et enfin un exemple de synthèse est donné

Consistency of aortic distensibility and pulse wave velocity estimates with respect to the Bramwell-Hill theoretical model: a cardiovascular magnetic resonance study

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Arterial stiffness is considered as an independent predictor of cardiovascular mortality, and is increasingly used in clinical practice. This study aimed at evaluating the consistency of the automated estimation of regional and local aortic stiffness indices from cardiovascular magnetic resonance (CMR) data.</p> <p>Results</p> <p>Forty-six healthy subjects underwent carotid-femoral pulse wave velocity measurements (<it>CF_PWV</it>) by applanation tonometry and CMR with steady-state free-precession and phase contrast acquisitions at the level of the aortic arch. These data were used for the automated evaluation of the aortic arch pulse wave velocity (<it>Arch_PWV</it>), and the ascending aorta distensibility (<it>AA_Distc, AA_Distb)</it>, which were estimated from ascending aorta strain (<it>AA_Strain</it>) combined with either carotid or brachial pulse pressure. The local ascending aorta pulse wave velocity <it>AA_PWVc </it>and <it>AA_PWVb </it>were estimated respectively from these carotid and brachial derived distensibility indices according to the Bramwell-Hill theoretical model, and were compared with the <it>Arch_PWV</it>. In addition, a reproducibility analysis of <it>AA_PWV </it>measurement and its comparison with the standard <it>CF_PWV </it>was performed. Characterization according to the Bramwell-Hill equation resulted in good correlations between <it>Arch_PWV </it>and both local distensibility indices <it>AA_Distc </it>(r = 0.71, p < 0.001) and <it>AA_Distb </it>(r = 0.60, p < 0.001); and between <it>Arch_PWV </it>and both theoretical local indices <it>AA_PWVc </it>(r = 0.78, p < 0.001) and <it>AA_PWVb </it>(r = 0.78, p < 0.001). Furthermore, the <it>Arch_PWV </it>was well related to <it>CF_PWV </it>(r = 0.69, p < 0.001) and its estimation was highly reproducible (inter-operator variability: 7.1%).</p> <p>Conclusions</p> <p>The present work confirmed the consistency and robustness of the regional index <it>Arch_PWV </it>and the local indices <it>AA_Distc and AA_Distb </it>according to the theoretical model, as well as to the well established measurement of <it>CF_PWV</it>, demonstrating the relevance of the regional and local CMR indices.</p

Automated left ventricular diastolic function evaluation from phase-contrast cardiovascular magnetic resonance and comparison with Doppler echocardiography

International audienceBACKGROUND: Early detection of diastolic dysfunction is crucial for patients with incipient heart failure. Although this evaluation could be performed from phase-contrast (PC) cardiovascular magnetic resonance (CMR) data, its usefulness in clinical routine is not yet established, mainly because the interpretation of such data remains mostly based on manual post-processing. Accordingly, our goal was to develop a robust process to automatically estimate velocity and flow rate-related diastolic parameters from PC-CMR data and to test the consistency of these parameters against echocardiography as well as their ability to characterize left ventricular (LV) diastolic dysfunction. RESULTS: We studied 35 controls and 18 patients with severe aortic valve stenosis and preserved LV ejection fraction who had PC-CMR and Doppler echocardiography exams on the same day. PC-CMR mitral flow and myocardial velocity data were analyzed using custom software for semi-automated extraction of diastolic parameters. Inter-operator reproducibility of flow pattern segmentation and functional parameters was assessed on a sub-group of 30 subjects. The mean percentage of overlap between the transmitral flow segmentations performed by two independent operators was 99.7 ± 1.6%, resulting in a small variability ( 0.71) and receiver operating characteristic (ROC) analysis revealed their ability to separate patients from controls, with sensitivity > 0.80, specificity > 0.80 and accuracy > 0.85. Slight superiority in terms of correlation with echocardiography (r = 0.81) and accuracy to detect LV abnormalities (sensitivity > 0.83, specificity > 0.91 and accuracy > 0.89) was found for the PC-CMR flow-rate related parameters. CONCLUSIONS: A fast and reproducible technique for flow and myocardial PC-CMR data analysis was successfully used on controls and patients to extract consistent velocity-related diastolic parameters, as well as flow rate-related parameters. This technique provides a valuable addition to established CMR tools in the evaluation and the management of patients with diastolic dysfunction

Développement de méthodes pour l'évaluation de la rigidité aortique en IRM (mesure de la distensibilité et de la vitesse d'onde de pouls)

Elle peut être estimée par deux indices : la distensibilité de la paroi aortique et la vitessede propagation de l'onde de pouls (VOP) le long de l'artère. Ces marqueurs peuvent êtreobtenus dans l'aorte proximale grâce à l'imagerie de résonance magnétique (IRM) et sontreliés entre eux par le modèle de Bramwell-Hill. L'objectif de cette thèse est, d'une part, deproposer et de valider cliniquement des méthodes d'estimation de la distensibilité et de laVOP aortique, et, d'autre part, d'étudier le modèle théorique de Bramwell-Hill, au regarddes données cliniques. Nous avons dans un premier temps comparé différentes méthodesd'estimation de la distensibilité de l'aorte. Cette étude a permis d'identifier l'approche quifournit la meilleure description physiologique de l'aorte ascendante et descendante. Ensuite,nous avons proposé une nouvelle méthode de mesure de la VOP proximale. Celle-cia été validée par comparaison avec les méthodes proposées dans la littérature en termesde reproductibilité et de corrélations des mesures avec : 1) l'âge : facteur de risque "naturel " de la rigidité aortique chez des sujets sains, et 2) la VOP carotido-fémoralemesurée par tonométrie, méthode de référence utilisée en routine clinique pour estimer larigidité globale de l'aorte. Enfin, nous avons validé le modèle théorique de Bramwell-Hillau niveau des sections de l'aorte ascendante et descendante. En conclusion, nous avonsproposé des approches locale et régionale d'évaluation de la rigidité de l'aorte proximaleet nous en avons validé la robustesse, notamment dans le cadre du vieillissement artériel.The aortic stiffness is recognized as a major factor of cardiovascular risk, and is characterizedby distensibility and pulse wave velocity (PWV) measurements. These aorticindices are related according to the Bramwell-Hill model and can be assessed in the proximalaorta with magnetic resonance imaging (MRI). The aims of this thesis were : 1) topropose and validate clinical methods for estimating the distensibility and aortic PWVfrom MRI data, and 2) to study the theoretical model of Bramwell-Hill in the light ofclinical data. First, we compared different methods for estimating the distensibility ofthe aorta. This study permitted to identify the approach which provides the best physiologicaldescription of the ascending and descending aorta. Then we proposed a newmethod for estimating the PWV in the proximal aorta, which was validated by comparisonwith previously described methods in terms of reproducibility and correlation ofaortic PWV with : 1) age : major risk factor of aortic stiffness in healthy subjects, and 2)carotid-femoral PWV measured by tonometry, gold standard method in clinical routinefor estimating the overall stiffness of the aorta. Finally, we validated the theoretical modelof Bramwell-Hill at the sections of the ascending and descending aorta. In conclusion, weproposed local and regional approaches to assess the stiffness of the proximal aorta, andwe validated its robustness, particularly in the context of aging.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Etude de la perfusion en échographie de contraste

Résumé françaisRésumé anglaisORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Méthodologie pour l évaluation de la microcirculation en imagerie ultrasonore de contraste

L'utilisation de l'imagerie ultrasonore de contraste pour l'évaluation de paramètres de la microcirculation chez l homme et le petit animal est de plus en plus répandue. Cependant, la qualité des paramètres de perfusion estimés reste limitée par de nombreux facteurs : la variabilité de la concentration de l'agent de contraste, l atténuation du signal ultrasonore et les mouvements présents dans les acquisitions. L'objectif de ce travail est de proposer des solutions méthodologiques pour une prise en compte adaptée de ces différents facteurs dans le cadre d'études par imagerie ultrasonore de contraste chez le petit animal. Une méthode de sélection d images a posteriori a été proposée, permettant la compensation des mouvements d origine respiratoire. Cette méthode, basée sur l Analyse en Composantes Principales et intégrant des informations a priori relatives à la fréquence respiratoire, permet d extraire les images acquises à un même instant du cycle respiratoire. Une méthode d estimation de l atténuation due aux microbulles a également été développée, permettant d estimer une séquence dynamique spécifique de l agent de contraste dépourvue d artéfacts de masquage. Cette séquence dynamique fournit ainsi une représentation de la concentration de l agent de contraste plus fiable que les séquences originales. Ces méthodes, implémentées dans un logiciel simple d utilisation et convivial, ont été appliquées et validées sur des acquisitions de perfusion rénale chez la souris et des acquisitions rénales ex vivo réalisées chez le porc. Leur intérêt pour l étude de la microcirculation tumorale et l évaluation d un traitement antiangiogénique ont notamment été mis en évidence.Contrast-enhanced ultrasound (CEUS) imaging is a modality of growing interest in human and small animal studies for the estimation of microcirculation parameters. Nevertheless, estimated microcirculation parameters are still impaired by several artefacts: the contrast agent concentration, microbubble attenuation and motion that is present in the acquisitions. The aim of this work is to propose a methodology for assessing microcirculation in small animal CEUS studies by investigating original methods to correct for these artefacts. An a posteriori frame selection method has been proposed. This method, based on a Principal Component Analysis and that integrates a priori information about the respiratory frequency, allows the selection of the frames acquired at the same respiratory phase. A method for estimating microbubble attenuation in vivo has also been developed. This method provides a dynamic microbubble-specific sequence without shadowing artefacts and therefore more reliable than available from original sequences. These methods, which have been implemented in a user friendly software, have been applied and validated in renal perfusion studies in a murine and a porcine model. Especially, their interest in assessing tumor microcirculation and the efficacy of an antiangiogenic treatment has been highlighted.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Extraction de paramètres hémodynamiques en imagerie cardiaque par traitement des données de vélocimétrie en IRM

LA MESURE NON TRAUMATIQUE ET CONTINUE DES PROPRIETES RHEOLOGIQUES ET DES CHAMPS DE PRESSION SANGUINE RELATIFS AUX CAVITES ET CONDUITS DU SYSTEME CARDIOVASCULAIRE EST UN DES OBJECTIFS FONDAMENTAUX DES RECHERCHES EFFECTUEES EN HEMODYNAMIQUE. PAR AILLEURS, LES TECHNIQUES DE VELOCIMETRIE EN IMAGERIE PAR RESONANCE MAGNETIQUE (IRM) PERMETTENT D'ACCEDER A TOUTES LES COMPOSANTES DU CHAMP DE VITESSE ET D'ACCELERATION DES STRUCTURES MOBILES, CE QUI OFFRE UN POTENTIEL IMPORTANT POUR CARACTERISER LA FONCTION CARDIOVASCULAIRE SUR LE PLAN HEMODYNAMIQUE.C'EST DANS CE CADRE QUE SE SITUE CE TRAVAIL PORTANT SUR LE TRAITEMENT DES DONNEES VELOCIMETRIQUES DES ECOULEMENTS SANGUINS OBTENUES EN IRM APPLIQUEE A L'HEMODYNAMIQUE VASCULAIRE, CARDIAQUE ET VALVULAIRE. LE PROBLEME A RESOUDRE EST ALORS D'EN INFERER DES INFORMATIONS CONCERNANT LA DYNAMIQUE DE CES SYSTEMES, EN PARTICULIER LEURS CARACTERISTIQUES ELASTIQUES ET LES GRADIENTS DE PRESSION QUI ONT ENGENDRE CES CHAMPS DE VITESSE. DES METHODES ORIGINALES DE TRAITEMENT DES SIGNAUX VELOCIMETRIQUES DE RMN ADAPTEES A DES SEQUENCES SPECIFIQUES D'ACQUISITION, ONT ETE DEVELOPPEES AFIN D'ESTIMER DES PARAMETRES HEMODYNAMIQUES PERTINENTS POUR LE DIAGNOSTIC ET LE SUIVI DE PATHOLOGIES CARDIOVASCULAIRES : LA VITESSE DE PROPAGATION DE L'ONDE DE POULS DANS L'AORTE, REFLET DE LA RIGIDITE ARTERIELLE ET PARAMETRE ESSENTIEL DANS L'EVALUATION DE LA PRESSION CENTRALE AORTIQUE, LES DISTRIBUTIONS SPATIALES DE PRESSION AU SEIN DES CAVITES CARDIAQUES ET LEURS VARIATIONS AU COURS DES PERIODES D'EJECTION ET DE REMPLISSAGE VENTRICULAIRE, AINSI QUE LA VITESSE DE PROPAGATION DES JETS TRANSVALVULAIRES.A NON-TRAUMATIC AND CONTINUOUS MEASURE OF THE RHEOLOGICAL PROPERTIES AND THE PRESSURE FIELDS OF THE BLOOD THROUGH THE CARDIOVASCULAR SYSTEM IS ONE THE MAIN GAOLS OF HEMODYNAMIC RESEARCH. MOREOVER, VELOCIMETRIC METHODS IN MAGNETIC RESONANCE IMAGING (MRI) ALLOW MEASUREMENT OF ALL THE COMPONENTS OF THE VELOCITY AND THE ACCELERATION FIELDS OF THE MOVING STRUCTURES, WHICH PROVIDES GREAT POTENTIAL FOR THE HEMODYNAMIC CHARACTERISATION OF CARDIOVASCULAR FUNCTION. IT IS IN THIS CONTEXT THAT THIS WORK HAS BEEN DEVELOPED, TO PROCESS VELOCIMETRIC DATA OF BLOOD FLOW OBTAINED FROM MAGNETIC RESONANCE IMAGING (MRI) FOR APPLICATION TO VASCULAR, CARDIAC AND VALVULAR HEMODYNAMICS. THE GOAL IS TO GATHER INFORMATION ABOUT THE DYNAMICS OF THESE SYSTEMS, IN PARTICULAR THEIR ELASTIC PROPERTIES AND THE PRESSURE GRADIENTS WHICH HAVE GIVEN RISE TO THE VELOCITY FIELDS. ORIGINAL METHODS OF MR SIGNAL PROCESSING, ADAPTED TO SPECIFIC ACQUISITION SEQUENCES, HAVE BEEN DEVELOPED TO ESTIMATE RELEVANT HEMODYNAMIC PARAMETERS FOR THE DIAGNOSIS AND FOLLOW-UP OF CARDIOVASCULAR DISEASE: THE VELOCITY OF THE PRESSURE WAVE PROPAGATION IN THE AORTA (WHICH REFLECTS ARTERIAL STIFFNESS AND IS AN ESSENTIAL PARAMETER FOR THE DETERMINATION OF THE PULSED PRESSURE IN THE AORTA), THE SPATIAL PRESSURE DISTRIBUTIONS WITHIN THE CARDIAC CAVITIES AND THEIR TEMPORAL CHANGES DURING THE LV EJECTION AND FILLING PERIODS, AND THE VELOCITY OF THE TRANSVALVULAR VELOCITY WAVE.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Analyse automatique des troubles de contraction cardiaque en échocardiographie

L'ETUDE AUTOMATISEE DE LA CONTRACTION SEGMENTAIRE DU VENTRICULE GAUCHE (NORMOKINESIE, HYPOKINESIE, AKINESIE ET DYSKINESIE) CONNAIT DE NOMBREUX DEVELOPPEMENTS, NOTAMMENT EN ECHOCARDIOGRAPHIE. UNE NOUVELLE METHODE D'IMAGERIE PARAMETRIQUE, BASEE SUR L'ETUDE DES VARIATIONS TEMPORELLES D'INTENSITE DES PIXELS, APPELEE ANALYSE PARAMETRIQUE DU MOUVEMENT DOMINANT (APMD), EST PROPOSEE. CETTE METHODE SYNTHETISE L'INFORMATION CONTENUE DANS UNE " BOUCLE " D'IMAGES EN DEUX IMAGES PARAMETRIQUES INTERPRETABLES PAR UN MEDECIN : UNE IMAGE TRICHROME D'AMPLITUDE ET UNE IMAGE DES TEMPS MOYENS DE CONTRACTION. UNE BASE DE DONNEES COMPORTANT 602 SEGMENTS A ETE COTEE PAR L'INTERPRETATION DES IMAGES ESTIMEES PAR L'APMD, ET CONFRONTEE A L'ANALYSE VISUELLE DES BOUCLES CINE, ISSUE D'UN CONSENSUS DE DEUX LECTEURS EXPERTS, CONSTITUANT LE SCORE DE REFERENCE. LES TAUX DE CONCORDANCE ABSOLUE ET DE CONCORDANCE RELATIVE SONT DE 64% ET DE 93%. DES INDICES SEGMENTAIRES ONT ETE ESTIMES A PARTIR DES IMAGES ISSUES DE L'APMD. UNE CLASSIFICATION AUTOMATIQUE DES SEGMENTS EN 2 CLASSES (SEGMENTS NORMAUX ET SEGMENTS PATHOLOGIQUES) A PARTIR DE CES INDICES A ETE REALISEE. LES PERFORMANCES DIAGNOSTIQUES DES DIFFERENTS INDICES ONT ETE EVALUEES EN UTILISANT UNE METHODOLOGIE DES COURBES ROC. PUIS, UNE CLASSIFICATION DES SEGMENTS EN 4 CLASSES A ETE EFFECTUEE POUR L'INDICE LE PLUS PERFORMANT. LES TAUX DE CONCORDANCE ABSOLUE ET RELATIVE, OBTENUS PAR LA CLASSIFICATION EN 4 CLASSES SUR UNE BASE DE TEST, SONT DE 56% ET DE 90%. LA PRISE EN COMPTE DE LA LOCALISATION ET DE L'ECHOGENICITE DES SEGMENTS POUR L'ESTIMATION DE L'INDICE DOIT PERMETTRE D'AMELIORER CES RESULTATS.MANY METHODS ARE DEVELOPED TO STUDY THE AUTOMATIC EVALUATION OF THE LEFT VENTRICLE REGIONAL WALL MOTION (NORMOKINESIA, HYPOKINESIA, AKINESIA AND DYSKINESIA), ESPECIALLY IN ECHOCARDIOGRAPHY. A NEW PARAMETRIC IMAGING METHOD, BASED ON THE TEMPORAL INTENSITY OF PIXELS AND CALLED PARAMETRIC ANALYSIS OF THE MAIN MOTION' (PAMM) WAS PROPOSED. THIS METHOD SYNTHESISES THE INFORMATION CONTAINED IN A SEQUENCE OF IMAGES INTO TWO PARAMETRIC IMAGES INTERPRETABLE BY A CLINICIAN: A THREE-COLOR IMAGE OF AMPLITUDE AND A MEAN TIME CONTRACTION IMAGE. 602 SEGMENTS OF A DATABASE WERE SCORED WITH THE INTERPRETATION OF THE PAMM IMAGES AND COMPARED TO A CONSENSUAL VISUAL INTERPRETATION OF THE CINE-LOOP SEQUENCES BY TWO EXPERIMENTED READERS. ABSOLUTE AND RELATIVE CONCORDANCES ARE 64% AND 82%. SOME SEGMENTAL INDICES WERE ESTIMATED FROM THE PAMM IMAGES. AN AUTOMATIC CLASSIFICATION OF THE SEGMENTS INTO TWO CLASSES (NORMAL AND PATHOLOGICAL SEGMENTS) USING THIS INDICES WAS PERFORMED. THE DIAGNOSTIC PERFORMANCE OF THE DIFFERENT INDICES WAS EVALUATED USING THE ROC CURVE THEORY. THEN A FOUR-CLASSES CLASSIFICATION WAS DONE USING THE OPTIMAL INDEX. ABSOLUTE AND RELATIVE CONCORDANCES OBTAINED BY THE FOUR-CLASSES CLASSIFICATION ON A TEST DATABASE ARE 56% AND 90%. THE RESULTS COULD BE IMPROVED IF THE LOCALISATION AND THE ECHOGENICITY OF THE SEGMENTS ARE TAKEN INTO ACCOUNT FOR THE INDICES ESTIMATION.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF