Identification de modules élastiques in vivo en utilisant l'imagerie par résonance : Application à la paroi des artères carotides

Identification of in vivo elastic moduli from magnetic resonance images : Application to the arterial wall of carotid arteries

• Auteur / Autrice : Alexandre Franquet
• Direction : Stéphane Avril
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 07/12/2012
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département Biomécanique et Biomatériaux - UMR 5146 - Laboratoire Claude Goux - Centre Ingénierie et Santé
• Jury : Président / Présidente : Jean-Philippe Thiran
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Avril, Jean-Philippe Thiran, Jacques Ohayon, Fabrice Pierron, Jean-Pierre Favre, Rodolphe Le Riche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Ohayon, Fabrice Pierron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Imagerie par résonance magnétique

Traitement d'images

Obstruction des artères carotides

Thèses et écrits académiques

Athérosclérose

Mots clés libres

IDENTIFICATION

ARTÈRE

PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES

MÉTHODE INVERSE

ÉLÉMENTS FINIS

IRM

IN VIVO

Identification

Inverse method

Finite elements

MRI

Artery

Mechanical properties

In vivo

Résumé

La rigidité artérielle est un critère clé dans l'analyse de plusieurs maladies cardiovasculaires comme l'athérosclérose. Cette maladie est l'une des causes principales de mortalité dans les pays de l'OCDE. L'analyse des propriétés mécaniques des artères in vivo permettrait d'améliorer le diagnostic de ce type de pathologie. L'originalité de ce travail de recherche est de s'intéresser à la problématique de l'identification non invasive des propriétés mécaniques des artères in vivo en utilisant l'IRM. Une nouvelle méthode d'identification adaptée à la résolution spatiale de l'IRM a été développée. Celle-ci se base sur la minimisation d'une fonction coût caractérisant l'écart entre une image expérimentale déformée et une image recalée numériquement. Cette dernière consiste à utiliser une image expérimentale au repos et à recaler celle-ci à l'aide d'un champ de déplacements issu d'un calcul éléments finis.Cette méthodologie a été appliquée pour identifier les propriétés élastiques d'artères carotides communes de plusieurs sujets sains et de patients atteints d'athérosclérose. Ces travaux ont permis de mettre en évidence la rigidification des artères carotides avec l'âge et l'évolution de la rigidité des artères lors de l'évolution du cycle cardiaque, ainsi que les effets de la mesure de la pression sanguine et des propriétés mécaniques du milieu extérieur à l'artère sur les résultats de l'identification.Cette étude offre de grandes promesses quant à la possibilité d'identifier les propriétés non linéaires hétérogènes d'artères sclérosées en utilisant l'IRM.

Arterial stiffness is a key criterion for the analysis of several cardiovascular diseases such as atherosclerosis. This disease is one of the major causes of mortality in OECD countries. The analysis of the in vivo mechanical properties of arteries could improve the diagnosis of this type of pathology. The originality of this research is to contribute to the non-invasive identification of the in vivo mechanical properties of arteries from MRI images.A new identification method adapted to the spatial resolution of MRI has been developed. It is based on the minimisation of a cost function which measures the similarity between an experimental deformed image, and a numerical registered image. This registered image is calculated from the non-deformed experimental image using a displacements field obtained by finite elements analysis.This methodology has been applied to identify the elastic properties of the common carotid arteries of several healthy subjects and of patients with atherosclerosis. This work highlighted the stiffening of carotid arteries with age and the evolution of the stiffness of arteries throughout the cardiac cycle. An extensive parametric study has underlined the effect of the measurement of blood pressure and the influence of the mechanical properties of the surrounding tissue on the results of the identification.Promising perspectives exist for identifying the non-linear and heterogeneous mechanical properties of sclerosed arteries from MRI.