IRM Quantitative de la vascularisation placentaire humaine

Quantitative MRI of human placental vascularization

• Auteur / Autrice : Mbaimou Auxence Ngremmadji
• Direction : Olivier Morel, Bailiang Chen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 23/05/2025
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie adaptative diagnostique et interventionnelle (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Salmon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Morel, Bailiang Chen, Su Ruan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Salmon, Su Ruan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie pour le diagnostic en obstétrique

Complications de la grossesse -- Diagnostic

Imagerie par résonance magnétique

Imagerie

Placenta -- Vaisseaux sanguins

Mots clés libres

Fonction vasculaire

IRM quantitative

Morphologie du système vasculaire

Vascularisation

Placenta humain

Vascularization

Quantitative MRI

Human placenta

Vasculature morphology

Vasculature function

Résumé

Les anomalies placentaires telles que la prééclampsie, le retard de croissance fœtale et les troubles du spectre du placenta accreta ont un impact sur la grossesse, conduisant parfois à une prise en charge chirurgicale. Bien que l'échographie soit la technique d'imagerie de première intention dans la routine clinique, l'IRM est recommandée comme technique d'imagerie complémentaire. Elle offre un meilleur contraste tissulaire, une résolution spatiale plus élevée et un champ de vision plus large. Cependant, l'imagerie par IRM des femmes enceintes est difficile. Pour des raisons telles que la sécurité, le confort du patient, etc., le temps d'acquisition est limité. De plus, les mouvements de la mère ou du fœtus doivent être gérés pour éviter les artefacts. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur l'évaluation in vivo du placenta et la caractérisation morphologique ex vivo de la vascularisation du placenta. Pour évaluer la fonction placentaire, des techniques d'IRM ont été introduites dans la littérature, parmi lesquelles le modèle de mouvement incohérent intravoxel à deux compartiments (IVIM) qui présente un grand intérêt. Nous avons commencé par étudier et établir l'impact du mouvement sur l'estimation des paramètres IVIM à partir de données in vivo. Ensuite, nous avons proposé un framework de correction du mouvement utilisant une image IRM anatomique avec une résolution spatiale plus élevée pour traiter l'écart entre les coupes dans les données IVIM. Étant donné que ce framework de correction du mouvement utilise des images anatomiques super-résolues, nous avons examiné les méthodes de super-résolution et proposédes techniques de reconstruction adaptative de super-résolution. Ensuite, nous avons proposé une méthode bayésienne pour l'estimation des paramètres IVIM et analysé l'impact du cadre de correction du mouvement proposé sur les estimations des paramètres IVIM. Les données utilisées ici pour l'évaluation in vivo du placenta proviennent d'une cohorte de sujets recrutés avec un protocole clinique bien défini.La fonction du placenta dépend de la structure des vaisseaux. À cet égard, il est importantd'étudier la morphologie vasculaire du placenta. Cependant, les techniques d'IRM in vivo pour une telle tâche peuvent être limitées par l'injection d'agent de contraste et la résolution spatiale. Les techniques d'imagerie ex vivo sont plus adaptées. Nous avons exploré le réseau vasculaire placentaire ex vivo après injection d'huile de pompe pour le rehaussement de contraste, et nous nous sommes concentrés sur la séparation artères-veines.Au cours de cette thèse, nos contributions concernent les méthodes de reconstruction en super-résolution pour les images IRM anatomiques du placenta, le cadre de correction du mouvement guidé anatomiquement et la méthode bayésienne pour l'estimation des paramètres IVIM. Nous avons également étudié les vaisseaux placentaires ex vivo en effectuant une segmentation d'image et une séparation artères-veines.Les perspectives incluent la quantification des artères et des veines à l'aide de mesures telles que la courbure et l'estimation du temps de relaxation à l'aide de la correction du mouvement guidé anatomiquement.

Placental abnormalities such as preeclampsia, fetal growth restriction and placentaaccreta spectrum disorders impact the pregnancy, sometimes leading to surgicalmanagement. Notwithstanding ultrasound imaging is the first line imaging technique inthe clinical routine, MR imaging is recommended as an adjunctive imaging technique. Itprovides better tissue contrast, higher spatial resolution and wider field of view.However, MR imaging of pregnant women is challenging. For reasons such as safetyconcerns, patient comfort etc., the acquisition time is limited. Furthermore, movementfrom the mother or the fetus needs to be handled to avoid artefacts. In this thesis, wefocused on the in vivo placenta assessment and the ex vivo placenta morphologicalvasculature characterization.To assess placenta function, MR techniques have been introduced in the literature,among which the two-compartment intravoxel incoherent motion (IVIM) model whichis of great interest. We started by investigating and establishing the impact of motionon the IVIM parameter estimation from in vivo data. Then, we proposed a motioncorrection framework using anatomic MR image with higher spatial resolution to dealwith inter slice gap within IVIM data. Since this motion correction framework employsanatomic super-resolved images, we reviewed super-resolution methods and proposedadaptive super-resolution reconstruction techniques. Then, we proposed a Bayesianmethod for the estimation of IVIM parameters and analysed the impact of the proposedmotion correction framework on IVIM parameters estimates. Data used herein for invivo placenta assessment comes from a cohort of subjects recruited with a well-definedclinical protocol.Placenta function depends on vessels structure. In this regard, it is important toinvestigate placenta vasculature morphology. However, in vivo MR techniques for suchtask can be limited by the injection of contrast agent and spatial resolution. Ex vivoimaging techniques are more suitable. We explored the ex vivo placenta vascularnetwork after pump oil injection for contrast enhancement, and focused on arteries-vein separation.During this thesis, our contributions concern super-resolution reconstruction methodsfor placenta anatomic MR images, anatomically guided motion correction frameworkand Bayesian method for IVIM parameter estimation. We also investigated the ex vivoplacenta vessels by performing image segmentation and arteries-vein separation.Perspectives include the quantification of arteries and vein using metrics such ascurvature and the estimation of relaxation time using the anatomical guided motioncorrection.