Contexte, Objectifs, Résultats

Le cœur se situe dans la cavité thoracique entre les deux poumons et le diaphragme qui le sépare du foie. Il comprend deux parties séparées d’une structure appelée septum. Le cœur droit assure la circulation pulmonaire et le cœur gauche assure la circulation du sang dans les organes. La fonction essentielle du cœur est d’être une pompe assurant le transport d’oxygène aux différents tissus du corps. Cette fonction repose sur plusieurs éléments synergiques, les cavités, les valves, qui assurent le passage d’une cavité à l’autre, et le muscle myocardique. Ce dernier est essentiellement développé au niveau des ventricules qui éjectent le sang dans les artères. Le muscle autour du ventricule gauche (VG) assure à 80% cette fonction cardiaque. Le ventricule droit (VD) qui propulse le sang vers les poumons, assure le complément. Par ailleurs, les muscles papillaires, situés dans la paroi ventriculaire, lieu d'insertion des cordages des valves atrio-ventriculaires, sont essentiels au bon fonctionnement des valves atrio-ventriculaires, notamment lors de la diastole. Ainsi, l’analyse de la fonction contractile du cœur constitue un critère déterminant pour le pronostic de diverses cardiopathies. Une des plus fréquentes est l’ischémie et l’infarctus du myocarde. L’infarctus touche essentiellement le ventricule gauche mais l'infarctus du ventricule droit existe également et s'associe le plus souvent à un infarctus inférieur du ventricule gauche dont il aggrave alors considérablement le pronostic à court terme. En raison de cette gravité, il est important d'en faire rapidement le diagnostic afin d'avoir une conduite thérapeutique en urgence adaptée. Il existe beaucoup plus rarement des infarctus isolés du ventricule droit, qui ne sont pas toujours secondaires à une maladie coronarienne. Le plus souvent, le diagnostic n'est porté qu'à l'autopsie de patients porteurs de maladie pulmonaire avec hypertension artérielle pulmonaire sévère. En réalité, les infarctus bi ventriculaires sont donc beaucoup plus fréquents et restent méconnus. D’autres pathologies sont spécifiques au VD comme la Dysplasie Ventriculaire Droite Arythmogène (DVDA). C’est une cardiomyopathie (< 1/5000) que l’on détecte généralement à l'adolescence. Une prédominance masculine avec un ratio de sexe de 3 a été constatée. Elle associe un remplacement fibro-adipeux progressif et transmural plus ou moins diffus du myocarde droit réalisant ainsi des îlots qui dissocient les fibres myocardiques restantes. Cela facilite le phénomène de réentrée et donc des tachycardies ventriculaires, des arythmies ventriculaires parfois graves et même des morts subites. Dans les formes sévères, la dilatation majeure du ventricule droit conduit à une insuffisance ventriculaire droite, souvent associée à des altérations de la contractilité du ventricule gauche.

L’acquisition d’images cinétiques en IRM, permet d’étudier ces cardiopathies à travers des études de volumétrie. La volumétrie consiste à estimer le volume des cavités ventriculaires, mesurer la masse cardiaque, la fraction d’éjection et le débit cardiaque. L’analyse fonctionnelle de la contraction consiste à mesurer l’épaisseur du myocarde, les déformations, la vitesse de déplacement des parois etc. La fonction cardiaque peut être étudiée quantitativement grâce à ces paramètres. L’estimation de ces paramètres se fait avec des méthodes de traitement d’images et notamment avec la segmentation qui est une étape essentielle à l’étude de la quantification de la fonction cardiaque. C’est une tâche qui peut être fastidieuse, très chronophage et sujette à de grandes variabilités interopérateurs si elle se fait manuellement. L’automatisation de la segmentation est donc importante afin de pouvoir segmenter rapidement et correctement les structures cardiaques.

L’IRM cardiaque est actuellement l’examen de référence pour l’étude de la fonction cardiaque. Pour cette analyse les études cinétiques, synchronisées à l’ECG, réalisées sur des coupes petit-axe du cœur en IRM sont les acquisitions les plus courantes. L’objectif du travail de thèse de Constantin Constantinides est de segmenter de façon la plus automatique possible les structures cardiaques d’intérêt, à savoir les deux ventricules, le muscle myocardique et les piliers.

Les premiers résultats de segmentation ont été présentés lors du Challenge MICCAI 2009 sur la segmentation cardiaque où l’algorithme a obtenu la 4ème place. Depuis, une partie importante du travail a porté sur la localisation automatique du cœur sur les coupes petit axe. Les derniers développements ont permis une amélioration nette des résultats, que ce soit sur le volume diastolique, le volume systolique ou la fraction d’éjection.

La soutenance de thèse est prévue pour la fin de l’année 2011.

Voir également

Le projet ayant débuté début 2011, les premiers résultats sont attendus en fin d’année.

Publications

• Constantin Constantinides, Yasmina Chenoune, Elie Mousseaux, Frédérique Frouin, Elodie Roullot. "Automated heart localization for the segmentation of the ventricular cavities on cine magnetic resonance images". Computing in Cardiology, sept 2010.
• Constantin Constantinides, Racha El Berbari, Alain de Cesare, Yasmina Chenoune, Elodie Roullot, Alain Herment, Elie Mousseaux, Frédérique Frouin. "Development and evaluation of an algorithm for the automated segmentation of the left and right ventricles on cine MRI". IRBM-ITBM, 2009.
• Constantin Constantinides, Racha El Berbari, Elie Mousseaux, Elodie Roullot, Alain de Cesare, Alain Herment, Frédérique Frouin. "Développement et Evaluation d’un algorithme de segmentation automatique des ventricules gauche et droit sur des images IRM". Communication Journées RITS, Lille, mars 2009.