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L'IRM cardiaque (IRMC) en respiration libre constitue une alternative intéressante aux acquisitions en apnée, en particulier pour les patients incapables de maintenir une apnée prolongée et pour les protocoles avancés d’imagerie de longue durée. Le mouvement du coeur d'origine respiratoire reste problématique en raison de deux caractéristiques encore mal gérées : l'hétérogénéité spatiale du déplacement le long du grand axe du ventricule gauche, et la dépendance à la phase respiratoire (réponses différentes à l'inspiration et à l'expiration). Les méthodes existantes de correction prospective n'y répondent que partiellement, notamment pour les raisons suivantes: (1) une classification peu fiable des phases respiratoires à partir des signaux de navigateur monodimensionnels, (2) une modélisation 3D du mouvement nécessitant un alignement contraint des plans d'imagerie, et (3) un facteur de suivi unique appliqué globalement à l'ensemble du médiastin pour les deux phases respiratoires.
Cette thèse propose des solutions en vue de lever ces limitations. Tout d'abord, un classifieur à fenêtre glissante est formalisé pour étiqueter les signaux de navigateur. En passant d'une détection de pente basée sur la dérivée du signal à une analyse ordinale discrète, il atteint une précision théoriqueparfaite dans une étude de simulation avec des densités d'échantillonnage cliniquement pertinentes, éliminant les ambiguïtés des méthodes conventionnelles. S'appuyant sur cette information de phase, une approche de fusion multi -plans estime le déplacement du coeur propre à chaque sujet à partir d'images ciné standard en respiration libre dans les plans coronal, grand axe et petit axe. En relâchant les contraintes strictes d'orthogonalité, elle engendre une erreur de suivi 3D inférieure à 3 mm et améliore la précision du déplacement tête-pieds de 39% en moyenne par rapport au facteur de suivi fixe conventionnel de 0,6 sur les acquisitions préliminaires réalisées. Enfin, une analyse par phase respiratoire du facteur de suivi à plusieurs niveaux de coupe petit axe simulées confirme une hétérogénéité spatiale marquée et des motifs de mouvement distincts entre l'inspiration et l'expiration. La taille limitée des données analysées ne permet pas de conclusions définitives sur les tendances apex-base, mais les données montrent expérimentalement un comportement dépendant de la phase et non uniforme selon les régions. Les esti mations de déplacement basées sur les contours surpassent celles portant sur toute l'épaisseur de la paroi pour préserver une relation linéaire déplacement–navigateur.
L’association de ces contributions forment une approche prati que, interprétable et cliniquement compatible pour la modélisation et le contrôle personnalisés du mouvement respiratoire du coeur en IRMC de respiration libre. Conçue à partir d’aquisitions standards, l'approche est encours de portage sur un imageur RM afin d’être évalué pour des applications en IRM de diffusion et d’estimation du mouvement cardiaque. Evalué sur une petite cohorte de volontaires sains, sa performance sur des populations de patients et sous des régimes respiratoires variés reste à évaluer.Les travaux futurs étendront par conséquent l’évaluation à des cohortes de patients, intégreront l‘approche de modélisation dans des stratégie de contrôle prospectif en temps réel, et exploreront des modèles non linéaires et à hystérésis là où l'hypothèse linéaire s'avère insuffisante.
Membres du jury
Mme VINCENT Nicole, Professeur des Universités - Emérite, Rapporteure
M. WEI Hongjiang, Professeur des Universités, Rapporteur (visio)
Mme WANG Lihui, Professeur des Universités, Examinatrice (visio)
Mme KACHENOURA Nadjia, Directeur de Recherche, Examinatrice
Mme VIALLON Magalie, Physicienne médicale HDR, Examinatrice
M. CLARYSSE Patrick, Directeur de Recherche, Directeur de thèse
M. ZHU Yuemin, Directeur de Recherche, Co-directeur de thèse