Interpolation des données en imagerie cardiaque par résonance magnétique du tenseur de diffusion

Interpolation of data in cardiac DT-MRI

• Auteur / Autrice : Feng Yang
• Direction : Yue Min Zhu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'information
• Date : Soutenance le 15/01/2011
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique, Automatique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CREATIS - Centre de Recherche et d'Application en Traitement de l'Image et du Son, UMR5515 (Lyon, Rhône ; 1995-2006)
• Jury : Président / Présidente : Nicole Vincent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yue Min Zhu, Michèle Rombaut, Rachid Deriche, Isabelle Magnin, Pierre Croisille, Cyril Poupon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicole Vincent, Michèle Rombaut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interpolation (mathématiques)

Infarctus du myocarde

Imagerie par résonance magnétique

Imagerie médicale

Mots clés libres

Imagerie médicale

Imagerie IRM

Imagerie cardiaque

Imagerie par résonnance magnétique du tenseur de diffusion - IRM-TD

Image à haute résolution

Interpolation

Interpolation des champs de vecteurs

Débruitage

Interpolation des champs de tenseurs

Tractographie

Anisotropie fractionnelle

Diffusivité moyenne

Infarctus du myocarde

Medical Imaging

MRI imaging

Cardica Imaging

MRI-TD - Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging

High Resolution Image

Interpolation

Primary eigenvector fields interpolation

Soundproofing

Diffusion tensor field interpolation

Tractography

Fractional anisotropy

Mean diffusivity

Myocardial infarction

Résumé

L'un des problèmes fondamentaux de l'imagerie cardiaque par résonance magnétique du tenseur de diffusion (IRM-TD) est sa faible résolution spatiale, à cause des limitations matérielles des scanners IRM actuels. L'objectif principal de ce travail de thèse est de développer de nouvelles approches pour améliorer la résolution des données d'IRM-TD afin de mieux représenter l'architecture myocardique du coeur humain et de la comparer avec des résultats issus d'autres techniques d'investigation telles que l'imagerie par lumière polarisée. Dans ce cadre, le travail porte sur trois parties principales. La première concerne le développement d'une nouvelle approche pour l'interpolation des champs de vecteurs propres principaux issus de l'IRM-TD cardiaque humaine. Cette approche consiste d'abord à supprimer les vecteurs corrompus par le bruit au lieu de débruiter de manière uniforme le champ entier de vecteurs, et ensuite à interpoler le champ de vecteurs en utilisant la modèle Thin-Plate-Spline (TPS) afin d'exploiter la corrélation entre les composantes du vecteur. La deuxième partie concerne une nouvelle famille de méthodes d'interpolation pour les champs de tenseurs, basée soit sur les angles d'Euler soit sur le quaternion. Ces méthodes exploitent les caractéristiques du tenseur et préservent les paramètres de tenseurs, tels que le déterminant du tenseur, l'anisotropie fractionnelle (FA) et la diffusivité moyenne (MD). En outre, cette partie compare les principales approches d'interpolation au niveau des images pondérées en diffusion et des champs de tenseurs, et les résultats montrent qu'il serait préférable d'effectuer l'interpolation des données d'IRM-TD au niveau des champs de tenseurs. La troisième partie étudie le changement des paramètres MD et FA après un infarctus du myocarde chez les cochons, et l'influence des méthodes d'interpolation sur ces paramètres dans la zone infarctus et la zone distante. Les résultats montrent que la zone infarctus présente une diminution significative de FA et une augmentation significative de MD, comparée avec la zone distante, et que les méthodes d'interpolations du tenseur ont plus d'influence sur FA que sur MD, ce qui suggère que l'interprétation de ces paramètres cliniques après l'interpolation doive être prise avec précaution.

One of fundamental problems in human cardiac diffusion tensor magnetic resonance imaging (DT-MRI) is its poor spatial resolution, due to the hardware limitations of MRI scanners. The main purpose of this PhD work is to develop new approaches to improving the resolution of cardiac DT-MRI data in order to better understand the myocardial architecture of the heart and compare it with results issues from other investigation techniques such as polarized light imaging. Within this framework, the present work is composed of three main parts. The first part concerns a new approach to interpolating primary eigenvector fields from human cardiac DT-MRI using Thin Plate Spline (TPS) model. This approach removes the noise-corrupted vectors rather than denoising the whole vector field in a uniform manner, and uses TPS model in order to exploit the correlation between vector components during interpolation. The second part is dealt with a new category of feature-based methods for diffusion tensor field interpolation using either Euler angles or quaternion. These feature-based methods well preserve tensor parameters, such as tensor determinant, fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD) values. In this part are also compared the main interpolation approaches at the level of diffusion weighted images and tensor fields. The results show that the interpolation of DT-MRI data should be performed at the level of tensor fields. The last part investigates changes in MD and FA after myocardial infarction in porcine hearts, and the influence of diffusion tensor interpolation methods on FA and MD in both infarction and remote region. It is found that the infarction region showed significantly decreased FA and increased MD than the remote region, and that diffusion tensor interpolations have more significant influence on FA than on MD, which suggests that precaution should be taken when performing the clinical analysis based on the parameters after diffusion tensor interpolations.