Cartographie, analyse et reconnaissance de réseaux vasculaires par Doppler ultrasensible 4D

Cartography, analysis and recognition of vascular networks by 4D ultrasensitive Doppler

• Auteur / Autrice : Emmanuel Cohen
• Direction : Laurent David Cohen, Mickael Tanter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences
• Date : Soutenance le 19/12/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale SDOSE (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en mathématiques de la décision (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Université Paris Dauphine-PSL (1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Abderrahim Elmoataz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent David Cohen, Mickael Tanter, Abderrahim Elmoataz, Philippe Douek, Carole Le Guyader, Thomas Deffieux, Jean-Claude Nunes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abderrahim Elmoataz, Philippe Douek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie ultrasonore

Cerveau -- Vaisseaux sanguins

Reconnaissance des formes (informatique)

Traitement d'images -- Techniques numériques

Mots clés libres

Segmentation et recalage d'images

Extraction de chemins minimaux

Reconnaissance de formes

Analyse des réseaux vasculaires

Imagerie ultrasonore ultrarapide

Image segmentation

Image registration

Minimal path extraction

Pattern recognition

Vascular networks analysis

Ultrafast ultrasound imaging

Résumé

Le Doppler ultrasensible est une nouvelle technique d'imagerie ultrasonore permettant d'observer les flux sanguins avec une résolution très fine et sans agent de contraste. Appliquée à l'imagerie microvasculaire cérébrale des rongeurs, cette méthode produit de très fines cartes vasculaires 3D du cerveau à haute résolution spatiale. Ces réseaux vasculaires contiennent des structures tubulaires caractéristiques qui pourraient servir de points de repère pour localiser la position de la sonde ultrasonore et tirer parti des avantages pratiques des appareils à ultrason. Ainsi, nous avons développé un premier système de neuronavigation chez les rongeurs basé sur le recalage automatique d'images cérébrales. En utilisant des méthodes d’extraction de chemins minimaux, nous avons développé une nouvelle méthode isotrope de segmentation pour l’analyse géométrique des réseaux vasculaires en 3D. Cette méthode a été appliquée à la quantification des réseaux vasculaires et a permis le développement d'algorithmes de recalage de nuages de points pour le suivi temporel de tumeurs.

Ultrasensitive Doppler is a new ultrasound imaging technique allowing the observation of blood flows with a very fine resolution and no contrast agent. Applied to cerebral microvascular imaging in rodents, this method produces very fine vascular 3D maps of the brain at high spatial resolution. These vascular networks contain characteristic tubular structures that could be used as landmarks to localize the position of the ultrasonic probe and take advantage of the easy-to-use properties of ultrasound devices such as low cost and portability. Thus, we developed a first neuronavigation system in rodents based on automatic registration of brain images. Using minimal path extraction methods, we developed a new isotropic segmentation framework for 3D geometric analysis of vascular networks (extraction of centrelines, diameters, curvatures, bifurcations). This framework was applied to quantify brain and tumor vascular networks, and finally leads to the development of point cloud registration algorithms for temporal monitoring of tumors.