Soutenance de thèse de A. TACHEAU le 29/06/17

Antoine TACHEAU, de l’équipe DyCTIM², soutiendra sa thèse ce jeudi 29 juin 2017 à 14h00 à la salle des thèses du bâtiment Boucherle, faculté de Médecine et de Pharmacie, sur le thème :

« Développements d’outils biomécaniques pour la caractérisation des propriétés mécaniques de la plaque d’athérosclérose coronarienne par échographie intravasculaire »

Title : Developements of Biomechanical Tools for Mechanical Properties Characterization of Atherosclerotic Plaque using Intravascular Ultrasound

Direction de Thèse :

  • Pr. Jacques OHAYON (Directeur),
  • Pr. Gérard FINET (Co-Directeur) et
  • M. Simon LE FLOC’H, Maître de Conférences, Université de Montpellier 2, France (Co Encadrant)

Jury :

  • M. Patrick CLARYSSE, Directeur de Recherche, CNRS de Lyon, France (Rapporteur)
  • M. Guy CLOUTIER, Professeur, Université de Montréal, Canada (Rapporteur)
  • Mme Laurence CHEZE, Professeur, Université Lyon 1, France (Examinateur)
  • M. Manuel LAGACHE, Maître de Conférences, Université Savoie Mont Blanc, Le Bourget du Lac, France (Examinateur)

Résumé :
Ces travaux de thèse portent sur le développement d’outils et de méthodologies innovantes permettant la caractérisation de la paroi artérielle coronarienne. Ce développement est nécessaire pour aider au diagnostic des maladies cardiovasculaires. L’approche mécanique a été utilisée pour mettre en place des méthodes de résolution inverse restituant des informations clés sur les propriétés mécaniques des tissus. La résolution du problème inverse en mécanique utilise entre autres des champs de déformation dont l’estimation est réalisée à l’aide d’algorithmes d’élastographie de déformation. Deux outils de caractérisation ont été étudiés : l’un visant à faciliter la détection par une palpation virtuelle et l’autre l’identification par la reconstruction de cartographies locales du module de Young. Ces outils de palpographie et de modulographie peuvent faciliter la caractérisation in vivo des plaques d’athérosclérose. Les contributions apportées portent successivement sur l’élastographie, la palpographie et la modulographie.

Nous avons tout d’abord amélioré l’outil de modulographie iMOD (application existante de reconstruction du module de Young) en l’adaptant aux nouvelles contraintes liées aux modalités IVUS dites de haute définition (HD-IVUS). Les performances de ce nouvel outil perfectionné nommé E-iMOD (Extended iMOD) ont été évaluées en l’appliquant sur des données d’élastographie simulées.

Ensuite, nous avons développé une nouvelle version de l’algorithme d’élastographie de déformation. En effet, l’estimation des déformations est un point critique conditionnant la bonne résolution du problème inverse en mécanique. Il a été montré que les améliorations introduites permettent l’amélioration des estimations sur des données simulées et sur des données expérimentales de fantôme.

Dans un troisième temps, une analyse de l’apport de la technologie HD-IVUS vis-à-vis de l’imagerie IVUS actuelle a été menée sur données simulées et expérimentales. Elle a montré que les résultats peuvent être prometteurs mais que des efforts de développement sur l’élastographie sont encore nécessaires afin d’exploiter pleinement les avancées techniques de la HD.
Une dernière partie traite de l’outil de palpographie relatif à la détection des lésions. Tout d’abord, ce volet est l’occasion de mettre en œuvre une phase expérimentale sur des acquisitions d’artères animales. Le traitement de ces données participe à une phase de validation d’une technique de palpographie développée dans l’équipe. Dans un second volet, une revue de littérature de différentes techniques de palpographie nous permet de mettre en avant les points forts et les faiblesses de ces techniques sur des données simulées. Nous introduisons également un nouvel indice de palpation adapté aux milieux anisotropes. Enfin, une méthode théorique originale repensant les résultats de la palpographie a été proposée. Cette approche permet le calcul d’un premier modulogramme pouvant améliorer le pré-conditionnement des processus d’optimisation de type E-iMOD.

Mots-clés : Biomécanique / Tissus mous / Problèmes inverses / Elastographie / Maladies coronariennes / Athérosclérose

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Abstract :
This work focuses on the development of innovative tools and methodologies for the coronary artery wall characterization. These tools are required to support the diagnosis of cardiovascular disease. The mechanical approach has been used to implement inverse resolution methods that provide key data about the mechanical properties of tissues. The resolution of the inverse problems in mechanics uses strain fields. These fields are computed thanks to elastography algorithms. Two main characterization tools were used : one aimed to allow the detection of lesions with a virtual palpation and the other aimed to identify a reconstructed distribution of the Young’s modulus. Palpography and Modulography tools can make the in vivo characterization of atherosclerotic plaques easier. The current work brings contribution in elastography, palpography and modulographie fields.

We have first improved the Modulography tool named iMOD (available application to compute the Young’s modulus map). We adapted iMOD to the new constraints related to high definition IVUS modality (HD-IVUS). The performance of this new advanced tool was called E-iMOD (Extended iMOD) and was evaluated on simulated elastography data.

Next, we developed a new version of the strain elastography algorithm. Indeed, strains estimations are critical to solve of the inverse problem in mechanics. It has been shown that the improvements introduced improved estimation on simulated data and experimental data acquired with a phantom.

In a third step, an analysis of the contribution of HD-IVUS technology to current IVUS imaging was lead on simulated and experimental data. It has shown hopeful results but an efforts still have to be done about elastography in order to fully take advantage of the HD improvements.
The last part deals with the palpography tool that allows the detection of lesions. Foremost, a first part pursue experimental work using animal arteries acquisitions. The processing of these data is involved in a validation process of palpography technique which has been developed in our team. In a second part, a review of several palpography techniques allowed us to highlight the strengths and weaknesses of these techniques on simulated data. We also introduce a new palpation index adapted to anisotropic material. Finally, an original theoretical method rethinking the results of palpography has been proposed. This approach computes a first modulogram to improve the preconditioning of optimization processes, like E-iMOD.

Key words : Biomechanics / Soft Tissue / Inverse Problem / Elastography / Coronary Artery Disease / Atherosclerosis


Laboratoire TIMC-IMAG, Domaine de la Merci, 38706 La Tronche Cedex

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