Multimodal data registration and fusion for cardiac resynchronisation therapy optimisation

La thérapie de resynchronisation cardiaque (CRT) est une thérapie électrique reconnue pour le traitement de l'insuffisance cardiaque liée à un asynchronisme cardiaque. Toutefois, environ un tiers des patients traités s'avèrent non-répondeurs à la CRT. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'optimisation de la CRT par un meilleur positionnement de la sonde de stimulation du ventricule gauche (VG). L'approche proposée se décompose en deux temps. Une analyse pré-opératoire permet d'abord de définir les sites du VG optimaux et de caractériser leurs accès grâce à plusieurs étapes de recalage et fusion d'informations multimodales. Ensuite, un système d'assistance per-opératoire, basé sur la fusion des données pré- et per-opératoire, est proposé aux cliniciens afin de guider le geste vers les sites de stimulation pré-définis. L'analyse pré-opératoire utilisée pour la planification de la CRT s'inscrit dans la continuité des travaux menés au LTSI depuis plusieurs années. Dans ces travaux, de nouvelles méthodes pour la segmentation semi-interactive des veines coronaires en imagerie TDM ainsi que pour la caractérisation de la fibrose diffuse en IRM ont été proposées puis l'ensemble des méthodes développées au laboratoire ont été intégrés dans un même outil logiciel. Dans un second temps, une assistance per-opératoire est fourni à l'aide d'un recalage 3D/2D entre un modèle 3D de planification, issu de l'analyse pré-opératoire, et les images angiographiques 2D utilisées en routine clinique. Afin de permettre ce recalage, des méthodes d'extraction des images télé-systoliques et de segmentation automatique des veines coronaires dans ces dernières ont d'abord été définies. Ensuite, le recalage 3D/2D, effectué entre les veines coronaires 3D extraites en imagerie TDM et leur équivalent 2D dans les images angiographiques, permet la fusion des données pré- et per-opératoire.Cardiac Resynchronization Therapy (CRT) is a recognized electrical therapy to correct cardiac asynchronism. However, about one third of implanted patients do not respond properly to the therapy. This thesis is focused on the improvement of the CRT through the optimization of the left ventricular lead placement. The proposed approach here is defined in two parts. Firstly, a pre-operative analysis defines the best left ventricle sites to stimulate thanks to several steps of registration and fusion of multimodales informations. Secondly, a per-operative assistance system is proposed in order to guide clinicians to use these pre-defined implantation sites. The CRT planification is a research theme in the LTSI for many years. In this thesis, novel semi-automatic segmentation methods have been developed for both the coronary veins in CT and diffuse fibrosis characterization in MRI. The previous developments and these novel methods have been gathered and integrated in one software. Then, a 2D/3D registration between angiographic frames, used in clinical routine, and a 3D model produced by the pre-operative analysis is used to assist the implantation. To perform the registration, dedicated methods to extract end-systolic images and segment coronary veins in these images have been developed. Next, the registration is performed between the 3D coronary veins (extracted from the CT volumes) and their 2D equivalent which allows the pre- and per-operative data to be fused

Recalage et fusion d'informations multimodales pour l'optimisation de la thérapie de resynchronisation cardiaque

Cardiac Resynchronization Therapy (CRT) is a recognized electrical therapy to correct cardiac asynchronism. However, about one third of implanted patients do not respond properly to the therapy. This thesis is focused on the improvement of the CRT through the optimization of the left ventricular lead placement. The proposed approach here is defined in two parts. Firstly, a pre-operative analysis defines the best left ventricle sites to stimulate thanks to several steps of registration and fusion of multimodales informations. Secondly, a per-operative assistance system is proposed in order to guide clinicians to use these pre-defined implantation sites. The CRT planification is a research theme in the LTSI for many years. In this thesis, novel semi-automatic segmentation methods have been developed for both the coronary veins in CT and diffuse fibrosis characterization in MRI. The previous developments and these novel methods have been gathered and integrated in one software. Then, a 2D/3D registration between angiographic frames, used in clinical routine, and a 3D model produced by the pre-operative analysis is used to assist the implantation. To perform the registration, dedicated methods to extract end-systolic images and segment coronary veins in these images have been developed. Next, the registration is performed between the 3D coronary veins (extracted from the CT volumes) and their 2D equivalent which allows the pre- and per-operative data to be fused.La thérapie de resynchronisation cardiaque (CRT) est une thérapie électrique reconnue pour le traitement de l'insuffisance cardiaque liée à un asynchronisme cardiaque. Toutefois, environ un tiers des patients traités s'avèrent non-répondeurs à la CRT. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'optimisation de la CRT par un meilleur positionnement de la sonde de stimulation du ventricule gauche (VG). L'approche proposée se décompose en deux temps. Une analyse pré-opératoire permet d'abord de définir les sites du VG optimaux et de caractériser leurs accès grâce à plusieurs étapes de recalage et fusion d'informations multimodales. Ensuite, un système d'assistance per-opératoire, basé sur la fusion des données pré- et per-opératoire, est proposé aux cliniciens afin de guider le geste vers les sites de stimulation pré-définis. L'analyse pré-opératoire utilisée pour la planification de la CRT s'inscrit dans la continuité des travaux menés au LTSI depuis plusieurs années. Dans ces travaux, de nouvelles méthodes pour la segmentation semi-interactive des veines coronaires en imagerie TDM ainsi que pour la caractérisation de la fibrose diffuse en IRM ont été proposées puis l'ensemble des méthodes développées au laboratoire ont été intégrés dans un même outil logiciel. Dans un second temps, une assistance per-opératoire est fourni à l'aide d'un recalage 3D/2D entre un modèle 3D de planification, issu de l'analyse pré-opératoire, et les images angiographiques 2D utilisées en routine clinique. Afin de permettre ce recalage, des méthodes d'extraction des images télé-systoliques et de segmentation automatique des veines coronaires dans ces dernières ont d'abord été définies. Ensuite, le recalage 3D/2D, effectué entre les veines coronaires 3D extraites en imagerie TDM et leur équivalent 2D dans les images angiographiques, permet la fusion des données pré- et per-opératoire

Multi-modal data fusion for Cardiac Resynchronization Therapy planning and assistance

International audienceCardiac Resynchronization Therapy (CRT) has been validated as an efficient treatment for selected patients suffering from heart failure with cardiac dyssynchrony. In case of bi-ventricular stimulation, the response to the therapy may be improved by an optimal choice of the left ventricle (LV) pacing sites. The characterization of LV properties to select the best candidate sites and to precise their access modes would be useful for the clinician in pre- and per-operative stages. For that purpose, we propose a new pre-operative analysis solution integrating previously developed multi-modal data registration methods and a new segmentation process of their coronary venous access. Moreover, a novel visualization interface is proposed to help the clinician to visualize the most relevant pacing sites and their access during the implantation in the operating room. This work is illustrated on real CRT data patient

Source apportionment of PM10 in Paris: a focus on traffic resuspension

Gaining knowledge on the process of particle resuspension from urban paved roads is of particular importance considering the increasing relevance of this source in urban air quality management and the lack of basic information on emission factors and source contributions. In this study (Amato et al., 2016) we performed extensive field measurements for the quantification of the emission factors from different types of road in the city of Paris, and investigated the causes of their variability and the contributions to the ambient air PM10 observed across one year at one traffic monitoring site in the ring road of Paris (Figure 1). Results show agreement between lower road dust loadings (RD10: 0.7-2.2 mg m-2) and emission factors (5.4-9.0 mg vehicle-1 km-1) at inner-roads of Paris, compared to the ring road (2.4 mg m-2 and 17 mg vehicle-1 km-1, respectively, Table 1), where the two parameters are estimated independently. The higher values in the ring road were likely caused by the poor state of pavement and higher share of heavy duty vehicles. Road wear, brake wear and a carbonaceous source, were almost equally responsible for 96% of RD10. At the traffic monitoring site located at the ring road (220,000 vehicle/day), the contributions of road dust emissions were estimated by receptor modelling to be 13% of PM10 on an annual mean (6.3 μg m-3), while the sum of vehicle exhaust and wear accounted for 47%) resulting in a total traffic contribution of 60% of PM10 (Figure 2). Road salting resulted to be a minor contributor (1% of annual mean) also in winter time (2%)..