Mise en correspondance en imagerie cardiaque multimodale : vers un modèle anatomo-fonctionnel individualisé du cœur

Timo Mäkelä

Juin 5, 2004, INSA Lyon (CREATIS), France.

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Résumé

L'objectif de cette thèse était de développer des méthodes destinées au recalage et à la fusion en imagerie cardiaque multi-modale. Une méthode de recalage rigide a été mise au point pour recaler des images par Résonance Magnétique (IRM) et en Tomographie d’Emission de Positons (TEP) cardiaques. La méthode est basée sur le recalage des structures thoraciques segmentées à partir des images TEP de transmission et IRM transverses. Les structures thoraciques ont été segmentées à partir des images à l’aide de modèles déformables. Le recalage d’images par RM avec des images de TEP d'émission selon les orientations anatomiques (en petit axe) est également possible. La méthode de recalage rigide a été évaluée en utilisant des images simulées et des données cliniques IRM et TEP de dix patients présentant des atteintes multitronculaires des artères coronaires. De même, une méthode de recalage élastique a été développée et appliquée au recalage d’images cardiaques intra-patient par RM et TEP et d’images inter-patients en IRM cérébrale. Dans cette méthode de recalage élastique, une combinaison du critère d'information mutuelle et d'informations de gradient a été introduite pour guider la déformation régularisée d’une image vers une image cible. Une approche pour la création de cartographies fonctionnelles en trois dimensions (3-D) du cœur a également été mise au point. Un modèle cardiaque anatomique individualisé bi-cavités a été extrait des images RM. Les images par RM anatomiques et TEP métaboliques ont été recalées en s’appuyant sur les surfaces des structures thoraciques. Les images RM et les données issues de la magnétocardiographie (MCG) sont mises en correspondance en utilisant des repères externes. La méthode permet d'obtenir un modèle individualisé anatomique et fonctionnel en 3-D du cœur incluant des informations structurelles issues de l’IRM et des informations fonctionnelles provenant de la TEP et de la MCG. Nous avons aussi évalué dans cette thèse différentes sources d'erreurs pour la méthode de recalage des images RM et des données de la MCG. Le recalage rigide IRM-TEP a été utilisé dans la comparaison de méthodes d'imagerie multimodale où la TEP sert de référence pour des études de la viabilité myocardique.

Les articles dans le these:

1. Mäkelä T. J., Clarysse P., Sipilä O., Pauna N., Pham Q. C., Katila T. and Magnin I. E., 2002. A review of cardiac image registration methods. IEEE Transactions on Medical Imaging 21, No. 9, pages 1011-1021. © 2002 IEEE. By permission.
2. Mäkelä T. J., Clarysse P., Lötjönen J., Sipilä O., Lauerma K., Hänninen H., Pyökkimies E.-P., Nenonen J., Knuuti J., Katila T. and Magnin I. E., 2001. A new method for the registration of cardiac PET and MR images using deformable model based segmentation of the main thorax structures. Niessen W. and Viergever M. A. (Eds.), Proceedings of the 4th International Conference on Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI'01). Springer. Lecture Notes in Computer Science 2208, pages 557-564. © 2001 Springer-Verlag. By permission.
3. Mäkelä T. J., Pham Q. C., Clarysse P., Nenonen J., Lötjönen J., Sipilä O., Hänninen H., Lauerma K., Knuuti J., Katila T. and Magnin I. E., 2003. A 3-D model-based registration approach for the PET, MR and MCG cardiac data fusion. Medical Image Analysis 7, No. 3, pages 377-389. © 2003 by authors and © 2003 Elsevier Science. By permission.
4. Mäkelä Timo J., Pollari Mika, Lötjönen Jyrki, Pauna Nicoleta, Reilhac Anthonin, Clarysse Patrick, Magnin Isabelle E. and Katila Toivo. Evaluation and Comparison of Surface and Intensity Based Rigid Registation Methods For Thorax and Cardiac MR and PET Images. Functional Imaging and Modeling of the Heart 2003 (FIMH'03). Springer. Lecture Notes in Computer Science 2674, pages 224-233. © 2001 Springer-Verlag.
5. Lötjönen J. and Mäkelä T. J., 2001. Elastic matching using a deformation sphere. Niessen W. and Viergever M. A. (Eds.), Proceedings of the 4th International Conference on Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI'01). Springer. Lecture Notes in Computer Science 2208, pages 541-548. © 2001 Springer-Verlag. By permission.
6. Mäkelä T. J., Lötjönen J., Sipilä O., Lauerma K., Nenonen J., Katila T. and Magnin I. E., 2002. Error analysis of registering of anatomical and functional cardiac data using external markers. Nowak H., Haueisen J., Giesler F. and Huonker R. (Eds.), Proceedings of the 13th International Conference on Biomagnetism (BIOMAG'02), pages 842-845. (Video) © 2002 VDE Verlag GMBH. By permission.
7. Lauerma K., Niemi P., Hänninen H., Janatuinen T., Voipio-Pulkki L.-M., Knuuti J., Toivonen L., Mäkelä T. J., Mäkijärvi M. and Aronen H. J., 2000. Multimodality MR imaging assessment of myocardial viability: combination of first-pass and late contrast enhancement to wall motion dynamics and comparison with FDG PET – initial experience. Radiology 217, No. 3, pages 729-736. © 2000 Radiological Society of North America. By permission.
8. Other publications: http://cc.oulu.fi/~timomake/timocven.html#Tieteellinen

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Mots clés: recalage (mise en correspondance) d'images, imagerie thoracique et cardiaque multimodale, IRM, TEP, MCG, modèle anatomique et fonctionnel.