Note publique d'information : L'utilisation de l'imagerie médicale et de mesures électrophysiologiques pour l'étude
du cœur permet de mieux comprendre son fonctionnement et les pathologies cardiaques,
de fournir des outils d'aide au diagnostic et à la planification de thérapies. Dans
cette thèse, nous nous intéressons à l'exploitation de ces données sous deux angles
différents. La première partie du travail concerne l'estimation de mouvements dans
des séquences d'images échocardiographiques à l'aide de l'imagerie par Doppler tissulaire
(TDI). La deuxième partie de ce travail concerne l'analyse de mesures de l'activité
électrique du cœur en estimant des paramètres d'un modèle électrophysiologique du
cœur. La modalité TDI fournit une information quantitative sur la vitesse des tissus
dans la direction de la sonde échographique. Le but de ce travail est d'étudier la
déformation du muscle cardiaque en utilisant conjointement le TDI et l'échographie
classique. Notre approche combine des calculs de flot optique par la méthode de Horn
et Schunck sur la séquence classique d'images échographiques, la mesure partielle
de vitesse issue de l'imagerie par Doppler tissulaire (TDI) et une régularisation
spatio-temporelle pour estimer les champs de vitesse dans un cadre variationnel. Nous
validons cette méthode sur des données synthétiques puis nous l'utilisons sur des
séquences réelles. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons à
l'estimation de paramètres du modèle d'Aliev et Panfilov de propagation du potentiel
d'action dans les ventricules en utilisant des mesures électrophysiologiques. Grâce
à une collaboration avec le ``National Institutes of Health'', nous disposons des
temps de dépolarisation mesurés sur l'épicarde de plusieurs cœurs de chiens. Les méthodes
classiques ne permettent pas de minimiser l'écart entre le modèle et les données dans
ce cas spécifique. Après une étape d'ajustement global, nous proposons de minimiser
l'écart quadratique entre les données et le modèle en fonction d'un des paramètres
que nous faisons varier localement. Le paramètre choisi est le coefficient de diffusion
que nous appelons conductivité apparente car ses variations reflètent à la fois les
variations de conductivité et les variations des paramètres de réaction. En utilisant
la causalité de la propagation modélisée, nous ramenons le problème à des minimisations
unidimensionnelles successives par la méthode de Brent. Nous appliquons cette approche
à des données réelles dans des cas normaux et aussi dans des cas de cœurs infarcis.
Dans ce dernier cas, nous trouvons une forte corrélation entre les zones de faibles
conductivités apparentes et l'infarctus. A l'issue de ce travail, nous envisageons
l'utilisation de ces méthodes avec des mesures moins invasives telles que celles obtenues
par des systèmes intracavitaires sans contact ou même des électrocardiogrammes. Une
autre perspective pour ce travail est l'estimation de paramètres d'un modèle du fonctionnement
électromécanique du cœur à partir d'images de déplacement comme celles obtenues grâce
à l'IRM marquée.
Note publique d'information : The use of the medical imaging and electrophysiological measurements for the study
of the heart makes it possible to better understand its behaviour and cardiac pathologies,
to provide tools to help the diagnosis and the planning of therapies. In this thesis,
we are interested in the exploitation of these data under two different points of
view. The first part of this work deals with the estimation of motion in echocardiographic
sequences of images using the tissue Doppler imaging (TDI) modality. The second part
of this work deals with the processing of measurements of the electrical activity
of the heart by estimating parameters of an electrophysiological model of the heart.
The modality TDI provides quantitative information on the speed of the tissues in
the direction of the echographic probe. The goal of this work is to study the deformation
of the cardiac muscle by jointly using the TDI and traditional echography. Our approach
combines calculations of optical flow by the method of Horn and Schunck on the traditional
sequence of echographic images, partial measurements of the velocity resulting from
the imagery by tissue Doppler (TDI) and a space-time regularization to estimate the
velocity fields within a variational framework. We validate this method on synthetic
data then we use it on real sequences. In the second part of this thesis, we are interested
in the estimation of parameters of the model of Aliev and Panfilov of propagation
of the action potential in the ventricles using electrophysiological measurements.
Thanks to a collaboration with the “National Institutes of Health”, we have the depolarization
time measured on the epicardium of several hearts of dogs. Traditional methods do
not make it possible to minimize the difference between the model and the data in
this specific case. After a stage of global adjustment, we propose to minimize the
quadratic error between the data and the model according to one of the parameters
for which we permit local variations. The selected parameter is the coefficient of
diffusion which we call apparent conductivity because its variations reflect at the
same time the variations of conductivity and the variations of the reaction parameters.
Using the causality of the modelled propagation, we reduce the problem to successive
unidimensional minimizations by Brent's method. We apply this approach to real data
in normal cases and also in cases of infarcted hearts. In this last case, we find
a strong correlation between the regions of low apparent conductivity and the infarct.
For the perspectives of this work, we want to apply these methods with less invasive
measurements such as those obtained by intracavitary systems without contact or even
with electrocardiograms. Another prospect for this work is the estimation of parameters
of an electromechanical model of the heart from images of displacement like those
obtained thanks to the tagged MRI.