The number of patients who have undergone some kind of internal fixation or joint replacement is increasing thanks to the development of technology and orthopaedics. All these patients carry metal implants. Magnetic resonance imaging has an advantage over other imaging methods, due to its superior soft tissue contrast and to its sensitivity in detecting the inflammation which is present at infections and malignancies. However metal implants usually deteriorate the image quality and as a result affect the accuracy of the diagnostic procedure. This is the case when the region of interest is in the proximal vicinity of the implant, or the implant is large enough. A number of MRI sequences have been proposed in order to overcome the artifact that comes from metal implants, more formally known as susceptibility artifact. However the most effective of them, are not widely available. The need for optimization of MR imaging at the presence of metal implants presupposes the development of methods capable of quantifying the artifact under various imaging sequences and conditions. Most artifact quantification techniques proposed until now, are usually based on the visual observation (experienced radiologists) or at image segmentation methods. These segmentation methods, segment the image based on arbitrary selected gray values (thresholds). A more objective and precise quantification method relies on the subtraction of images of a zero artifact replica (test object) from those of the real metal implant. The copy is constructed from material with similar values of magnetic susceptibility with its environment (usually water). The images deriving from the copy if we take in consideration the noise differences, have no susceptibility artifact. In this method artifact is quantified as energy differences between the two images [Kolind S et al, 2004]. Since the acquisition conditions are identical except the presence of susceptibility artifact in the image depicting the real metal object, the energy difference is used to quantify the artifact. While the method quantifies the artifact, giving precise values, it does not inform us for its position in space At this thesis we proposed a new, to our knowledge, method of artifact quantification. It is based in the physical cause of the artifact, which are the gradients of the magnetic field, which derive from the presence of the metal implant. The gradients of the magnetic field create corresponding gradients at the gray scale values of the image. These gradients may be detected if we apply suitable filter which detects the amplitude of the gradient. In this way we detect both regions with signal void (low signal intensity) and signal pill ups (high signal intensity). That means that we do not have to apply two different operators to segment two regions of the artifact with so different signal intensity values. Then the image is thresholded using a fully automated algorithm, proposed by [Li & Lee 1993]. This algorithm is available in image analysis environment ImageJ. At the first part of this thesis there are presented the basic principles of nuclear magnetic imaging image formation. The interaction of the most common materials with the magnetic field is also presented. All these are considered necessary to explain the generation of magnetic susceptibility artifact at the image acquired. The theory beyond the magnetic susceptibility artifact generation is then explained in detail. At the experimental part of this thesis, the proposed algorithm is applied to the imaging of two implants (made of titanium and antimagnetic stainless steel) at the sequences which are most commonly used to musculoskeletal MRI. The proposed algorithm is compared with a variation of the method of the image energy differences proposed by [Kolind Sh, 2004]. This method quantifies the artifact as energy difference of image of the real implant from the image of a replica with zero susceptibility artifact (reference image). In the present thesis the image of lower susceptibility artifact (obtained at higher bandwidth) is considered as reference image. In our case it is assumed that the energy difference among different bandwidth acquisitions is negligible in relation to the susceptibility artifact amplitude. This assumption allows as to use instead of energy differences, the differences in the gray scale values of the image instead. Statistical analysis showed moderate to strong positive correlation between the two methods. Possible reasons of not obtaining strong correlation at all measurements is due to the regions of the image that the proposed algorithm quantifies. By segmenting regions of high gradient, we focus mainly at regions where there is high variation at the gray scale values. However, in many cases nearly homogeneous regions of an image, with little or no alteration in gray scale values, may also be considered as artifact. These areas are not segmented as artifact when the proposed algorithm is applied. More over the assumption of considering negligible the noise contribution between the different acquisitions may be an oversimplification. Nevertheless, the proposed algorithm, is an objective repeatable and observer independent method. Moreover it is capable of determining the boundaries of the artifact in image space. It is not intended to be used as a method of absolute quantification of the susceptibility artifact. It should be used as means of comparison of acquisitions concerning the same sequence. Its combination with an additional algorithmic step, such as one which detects image features may result in a powerful tool of image artifact quantification. This more sophisticated version of this proposed algorithm should be adequate enough to quantify the artifact not only at phantom models but even at the everyday clinical practice. / H εξέλιξη της ιατρικής και ειδικότερα της ορθοπαιδικής έχει κάνει ολοένα και περισσότερο συχνή την ύπαρξη ασθενών που φέρουν μεταλλικά εμφυτεύματα. Η απεικόνιση με μαγνητικό συντονισμό πλεονεκτεί σε σχέση με άλλες απεικονιστικές μεθόδους εξαιτίας της καλύτερης αντίθεσης που προσφέρει στους μαλακούς ιστούς και στην ευαισθησία στην ανάδειξη της φλεγμονής που συνοδεύει τις μολύνσεις και τις κακοήθειες. Η ύπαρξη μεταλλικών εμφυτευμάτων συνήθως υποβαθμίζει την ποιότητα της εικόνας και την καθιστά πολλές φορές μη διαγνωστική, ειδικά αν η περιοχή ενδιαφέροντος είναι κοντά στο μεταλλικό εμφύτευμα ή στην περίπτωση που αυτό είναι αρκετά μεγάλο. Μια σειρά από μεθόδους ή ακόμη και ειδικές ακολουθίες έχει προταθεί κατά καιρούς για να αντιμετωπιστεί η ύπαρξη των τεχνημάτων επιδεκτικότητας, όπως ονομάζονται τα artifact που έχουν σαν αιτία τους τις τοπικές στρεβλώσεις στο μαγνητικό πεδίο εξαιτίας μεταλλικών προθέσεων. Οι πιο αποτελεσματικές από αυτές παραμένουν μη διαθέσιμες για το ευρύ κοινό. Η ανάγκη για βελτιστοποίηση των συνθηκών απεικόνισης κάνει επιτακτική την ανάγκη για ποσοτικοποίηση του artifact στις διαφορετικές συνθήκες λήψεις. Οι τεχνικές ποσοτικοποίησης του artifact που έχουν προταθεί μέχρι σήμερα βασίζονται στην ποιοτική ακτινολογική εκτίμηση (οπτική παρατήρηση) είτε σε μεθόδους τμηματοποίησης της περιοχής εικόνας του artifact που συνήθως στηρίζονται στην επιλογή αυθαίρετων τιμών κατωφλίου τόνων του γκρι. Μια πιο αντικειμενική και ακριβής μέθοδος αφορά στην αφαίρεση εικόνων γεωμετρικού αναλόγου (αντικείμενο ελέγχου- ομοίωμα) του εμφυτεύματος από την εικόνα που απεικονίζει το ίδιο το εμφύτευμα. Το ανάλογο είναι κατασκευασμένο από υλικό με παρόμοια μαγνητική επιδεκτικότητα προς το περιβάλλον του εμφυτεύματος. Η απεικόνιση ενός τέτοιου ομοιώματος, λαμβανομένης υπόψη και της συνεισφοράς του θορύβου, παρουσιάζει μηδενικό artifact επιδεκτικότητας σε σχέση με το πραγματικό εμφύτευμα. Το artifact στην περίπτωση αυτή ποσοτικοποιείται ως διαφορά ενέργειας εικόνας στην περιοχή του περιβάλλοντος υλικού [Kolind S et al,2004]. Η τελευταία αυτή μέθοδος ενώ ποσοτικοποιεί με ακρίβεια το artifact δεν παρέχει πληροφορίες για τη θέση του στο χώρο. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, προτείνεται μία νέα, με βάση τα όσα γνωρίζουμε, μέθοδος ποσοτικοποίησης του artifact. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στη γενεσιουργό αιτία του artifact, που είναι οι στρεβλώσεις του μαγνητικού πεδίου από την παρουσία του μεταλλικού αντικειμένου. Οι στρεβλώσεις αυτές εκφράζονται ως βαθμιδώσεις του μαγνητικού πεδίου. Οι βαθμιδώσεις του Μ.Π προκαλούν αντίστοιχες βαθμιδώσεις στην ένταση των τόνων του γκρι στην εικόνα. Αυτές οι βαθμιδώσεις μπορούν να αναδειχθούν αν εφαρμόσουμε κατάλληλο φίλτρο στην εικόνα που ανιχνεύει το μέγεθος/ πλάτος της βαθμίδωσης. Με αυτό τον τρόπο θα ανιχνευτούν τόσο περιοχές με υψηλό όσο και περιοχές με χαμηλό σήμα, απλοποιώντας έτσι τη διαδικασία, αφού δε χρειάζεται να ανιχνευτούν με ξεχωριστό αλγόριθμο περιοχές του artifact με πολύ διαφορετικές τιμές τόνων του γκρι. Στη συνέχεια η εικόνα που προκύπτει κατωφλιώνεται με αυτόματή μέθοδο που έχει προταθεί [Li & Lee 1993] και είναι διαθέσιμη στο περιβάλλον ανάλυσης εικόνας Image J. Στο πρώτο τμήμα της παρούσας εργασίας αναπτύσσονται, συνοπτικά βασικές αρχές του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού και του τρόπου με τον οποίο δημιουργείται η δισδιάστατη εικόνα στο MRI. Ακολουθεί επίσης μια σύντομη περιγραφή του τρόπου με τον οποίο συμπεριφέρονται τα πιο κοινά υλικά όταν βρεθούν εντός του μαγνητικού πεδίου. Όλα αυτά είναι αναγκαία για γίνει κατανοητός ο τρόπος που δημιουργείται το artifact μαγνητικής επιδεκτικότητας στην εικόνα που λαμβάνουμε. Στη συνέχεια αναπτύσσεται με λεπτομέρεια ο μηχανισμός και η φυσική που εμπλέκεται στη δημιουργία των artifact μαγνητικής επιδεκτικότητας. Στο πειραματικό μέρος, εφαρμόζεται ο προτεινόμενος αλγόριθμος σε απεικονίσεις δύο εμφυτευμάτων (τιτανίου και αντιμαγνητικού χάλυβα) στις πιο κοινά χρησιμοποιούμενες ακολουθίες του μυοσκελετικού. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος ελέγχεται ως προς την ικανότητα του να ποσοτικοποιεί το artifact με μία παραλλαγή της μεθόδου διαφοράς ενεργειών εικόνων [Kolind Sh,2004]. H μέθοδος αυτή ποσοτικοποιεί το artifact ως διαφορά ενέργειας της εικόνας του πραγματικού εμφυτεύματος από εικόνα γεωμετρικού αναλόγου με μηδενικό artifact (εικόνα αναφοράς). Στην περίπτωση μας χρησιμοποιήσαμε ως εικόνα αναφοράς την εικόνα με το ελάχιστο artifact (η οποία βάσει θεωρίας αντιστοιχεί στη λήψη με το υψηλότερο bandwindth). Επίσης θεωρήσαμε τη διαφορά θορύβου των διαφορετικών λήψεων αμελητέα ως προς τις τιμές έντασης (τόνοι του γκρι) του artifact, ώστε να μπορούμε να αξιοποιήσουμε το πεδίο των τιμών των τόνων του γκρι και όχι αυτό της ενέργειας της εικόνας. Η στατιστική επεξεργασία αναδεικνύει μέτρια ως ισχυρή θετική συσχέτιση των 2 αλγορίθμων. Πιθανοί λόγοι που δεν έχουμε σε όλες τις μετρήσεις ισχυρή ή πολύ ισχυρή συσχέτιση αποδίδονται πρωτίστως στην περιοχή της εικόνας που ποσοτικοποιεί η προτεινόμενη μέθοδος. Τμηματοποιώντας τις βαθμιδώσεις της εικόνας εστιάζουμε σε περιοχές που υπάρχει έντονη μεταβολή των τιμών του γκρι. Παρόλα αυτά το artifact μπορεί κατά περιπτώσεις να περιλαμβάνει και ομοιογενείς περιοχές εικόνας με παραπλήσιες τιμές του γκρι. Αυτές είναι περιοχές που δεν τμηματοποιεί (ανιχνεύει) η προτεινόμενη προσέγγιση. Μια ακόμη αιτία θα μπορούσε να είναι η μη αξιολογήση της συνεισφοράς του θορύβου στις διαφορετικές λήψεις (bandwidths). Η απώλεια τέτοιων περιοχών δεν μειώνει την αξία του αλγορίθμου, αφού αποτελεί μια αντικειμενική μέθοδο, ανεξάρτητη από τον παρατηρητή, επαναλήψιμη και ικανή να οριοθετήσει το artifact στο χώρο. Δεν της επιτρέπει παρόλα αυτά να χρησιμοποιηθεί σαν μέθοδος απόλυτης ποσοτικοποίησης του artifact. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πραγματοποίηση συγκρίσεων ιδανικά σε συνθήκες λήψεις που αφορούν την ίδια ακολουθία. Ο συνδυασμός της με ένα επιπλέον αλγοριθμικό βήμα, όπως ένα βήμα που θα ανιχνεύονται χαρακτηριστικά της εικόνας σε συνδυασμό με την οριοθέτηση του artifact που έχει προηγηθεί, μπορεί να δώσει ένα ισχυρό εργαλείο τμηματοποίησης της εικόνας με εφαρμογές που θα μπορούν να επεκταθούν από τη χρήση σε ομοιωμάτων ως εργαλείων για την ποσοτικοποίηση του artifact και στην καθημερινή κλινική πρακτική.

L’enjeu principal de cette thèse a été de démontrer la faisabilité de l’Imagerie par Résonance Magnétique à très bas champ (entre 1 mT et 10 mT). Pour ce faire, un nouveau type de capteur, appelé “capteur mixte”, a été utilisé. Ce détecteur est le résultat de l’association d’une magnétorésistance géante avec une boucle supraconductrice. Il génère un bruit en champ comparable aux détecteurs les plus utilisés dans cette gamme de fréquence (Bobine accordées, SQUIDs, Magnétomètres atomique optique). Le couplage entre l’échantillon observé et le capteur mixte a été grandement amélioré à travers l’utilisation d’un transformateur de flux. Cet intermédiaire a été conçu et optimisé pour maximiser la sensibilité en champ du “capteur mixte”. Cet ensemble a ensuite été introduit dans un IRM à très bas champ magnétique pour tester son efficacité in-situ. Parallèlement, différentes séquences d’IRM (GE, SE, FLASH, EPI,...) ont été développées spécifiquement pour le très bas champ. Elles ont été utilisées pour réaliser de l’imagerie tridimensionnelle in-vivo ainsi que des études relaxométriques sur divers produits. Enfin, un système d’IRM “tête entière” a été construit pour permettre l’acquisition d’images à très bas champ magnétique sur un large volume. / The aim of this thesis is to perform Magnetic Resonance Imaging at very low field (from 1 mT to 10 mT). A new kind of sensor called “mixed sensor” has been used to achieve a good detectivity at low frequencies. Combining a superconducting loop and a giant magnetoresistance, those detectors have a competitive equivalent field noise compared to existing devices (Tuned coils, SQUIDs and Atomic Magnetometers). They have been combined with flux transformers to increase the coupling between the sample and the sensor. A complete study has been performed to adapt it to mixed sensors and then maximize the gain. This set has been incorporated in an existing small MRI device to test its robustness in real conditions. In parallel, several MRI sequences (GE, SE, FLASH, EPI, ...) have been integrated and adapted to very low field requirements. They have been used to perform in-vivo three dimensional imaging and relaxometry studies on well known products to test their reliability. Finally, a larger setup adapted for full-head imaging has been designed and built to perform images on a larger working volume.

L’IRM cardiaque a une capacité unique d’étudier le remodelage ventriculaire gauche (VG) après infarctus du myocarde. Les objectifs principaux de ce travail étaient de caractériser le tissue de l’infarctus par IRM et d’évaluer les facteurs associés au remodelage du VG. Nous avons étudié prospectivement 114 patients présentant un premier infarctus du myocarde avec sus-décalage du segment ST et ayant subi une angioplastie primaire. Des IRM cardiaques ont été réalisées dans les 2 à 4 jours et à 6 mois suivant la revascularisation. Premièrement, nous avons réalisé une analyse comparative de différentes méthodes de segmentation de l’infarctus sur l’imagerie de rehaussement tardive (RT). Deuxièmement, nous avons étudié l’évolution des différentes composantes de la zone RT au cours des six mois, et observé que la réduction de la zone RT (33,8%) était représentée par l’extension de la zone grise initiale. Troisièmement, nous avons évalué le rôle clinique de la zone grise. Elle s’est révélée protectrice vis-à-vis du remodelage délétère. Quatrièmement, nous avons étudié l’influence de l’obstruction microvasculaire (OMV) sur le remodelage local du VG. Différents motifs ont été observés entre les patients atteints de l’OMV et ceux ne présentant pas d’OMV: un rétrécissement uniforme à travers le VG chez les patients sans OMV lorsque les sujets avec OMV présentaient une dilatation globale significative, ainsi qu’une dilatation plus importante dans les régions atteint d’OMV / Cardiac MRI (CMR) has the unique ability to study left ventricular remodeling after myocardial infarction. The main objectives of this work were to characterize infarct tissue by CMR and to evaluate factors associated with LV remodeling. We prospectively studied 114 patients with a first ST-segment elevation myocardial infarction (STEMI) undergoing primary angioplasty. CMR was performed within 2-4 days and at 6 months after the revascularization. First, we compared different methods for the segmentation of myocardial infarcts on late gadolinium enhancement (LGE) imaging. Second, we described the evolution of different components of LGE area during 6 months. We found that the decrease of LGE area (33.8%) matched the extent of initial gray zone. Third, we studied the clinical role of gray zone. The gray zone was found to be a protective factor for adverse remodeling. Fourth, we studied the influence of microvascular obstruction (MVO) on local LV remodeling and observed distinct remodeling patterns in patients with and without MVO: equally-distributed shrinkage throughout the LV cavity in patients without MVO whereas significant dilation occurring in those with MVO, tending to be greater in myocardial regions containing MVO

L’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est une technique d’imagerie de référence pour réaliser des diagnostics médicaux. Pour des patients implantés avec des dispositifs médicaux actifs, l’IRM peut engendrer des risques qui doivent être étudiés et minimisés. En effet, ces dispositifs sont constitués en partie de matériaux conducteurs et/ou magnétiques qui interagissent avec l’environnement électromagnétique d’une IRM. Lorsque ces dispositifs ont des câbles, une des interactions les plus problématiques est l’induction d’énergie dans ses câbles qui peut entrainer des stimulations, des dysfonctionnements ou des brûlures. Le premier objectif de cette thèse est de développer des outils pour étudier et quantifier ces interactions électromagnétiques d’une IRM sur un câble. Pour cela, des capteurs innovants compatibles IRM ont été développés pour mesurer la tension induite sur un câble, aux bornes de l’électronique d’entrée d’un dispositif médical actif. Des bancs de tests ont également été mis en place pour simuler les champs électromagnétiques d’une IRM. Le second objectif de cette thèse est de concevoir des câbles innovants qui réduisent au maximum ses interactions électromagnétiques avec une IRM. Nous avons réalisé un câble constitué d’un fil conducteur qui limite l’énergie induite par l’IRM grâce à son bobinage variable. Nous avons réalisé un deuxième câble avec un conducteur de fine épaisseur et des ruptures d’impédances sur sa longueur / Magnetic Resonance Imaging (MRI) is an established imaging technique for medical diagnostics but could expose patients with active medical devices to risks that need to be studied and minimized. In fact, these devices encompass conductive and/or magnetic materials which interact with the electromagnetic field of the MRI. When these devices contain leads, MRI induced energy within the lead is considered to be one of the most problematic interaction as it can lead to stimulations, malfunction or burns. The first goal of this thesis is to create tools to study and quantify the electromagnetic interactions between an MRI and a lead. This has led to the design of novel MRI compatible sensors that measure induced voltage within leads connected active medical device entry terminals. Experimental MRI set-ups were also developed to simulate the MRI’s electromagnetic field. The second goal of this thesis is to design new leads that are minimally affected by the MRI’s electromagnetic field. Two proofs of concept were achieved. On the one hand, a lead capable of reducing MRI induced energy thanks to its winding was made. On the second hand, a second lead with a thin conductor and impedance mismatches along its length was created

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil remarquable pour le diagnostic clinique, aussi bien pour l'imagerie cérébrale que pour l'imagerie cardiaque et abdominale. C'est notamment la seule modalité d'imagerie qui permet de visualiser et de caractériser l'oedème myocardique. Cependant, la gestion du mouvement reste un problème récurrent en IRM cardiaque. Tant le battement cardiaque que la respiration nécessitent une prise en compte attentive lors de l'acquisition des images et limitent la résolution temporelle et spatiale accessible en pratique clinique courante. L'approche adoptée dans ce travail propose d'intégrer ces mouvements physiologiques dans le processus de reconstruction des images et permet ainsi de réaliser des explorations cardiaques en respiration libre. Un algorithme de reconstruction itératif, corrigeant les mouvements estimés par un modèle contraint par les signaux physiologiques, est dans un premier temps appliqué à l'imagerie cardiaque morphologique. Ses performances vis-à-vis d'une méthode semi-automatique de détection de l'oedème sont évaluées. Il a également été utilisé en association avec une méthode d'acquisition adaptative, afin de permettre l'acquisition d'images en télésystole et en respiration libre. Dans un deuxième temps, cette méthode a été étendue à la quantification du temps de relaxation transversale T2. La cartographie T2 du coeur fournit en effet une caractérisation de l'oedème myocardique. La méthode de reconstruction présentée, ARTEMIS, permet de réaliser cette cartographie en respiration libre et sans allongement du temps d'examen. Ces méthodes exploitent des signaux physiologiques afin d'estimer le mouvement ayant eu lieu pendant l'acquisition. Différentes solutions pour obtenir ces informations physiologiques ont donc également été explorées. Parmi elles, les capteurs à base d'accéléromètres permettent de multiplier les points de mesure alors que les informations "embarquées" dans la séquence d'acquisition IRM ("navigateur") facilitent le déploiement de ces techniques puisqu'elles évitent de recourir à des équipements supplémentaires. Ainsi pendant ces travaux, des méthodes de reconstruction adaptatives ont été développées afin de corriger le mouvement et de prendre en compte les spécificités de chaque patient. Ces travaux ouvrent la voie de l'imagerie par résonance magnétique cardiaque en respiration libre dans un contexte clinique / Magnetic resonance imaging (MRI) is a valuable tool for the clinical diagnosis for brain imaging as well as cardiac and abdominal imaging. For instance, MRI is the only modality that enables the visualization and characterization myocardial edema. However, motion remains a challenging problem for cardiac MRI. Breathing as well as cardiac beating have to be carefully handled during patient examination. Moreover they limit the achievable temporal and spatial resolution of the images. In this work an approach that takes these physiological motions into account during image reconstruction process has been proposed. It allows performing cardiac examination while breathing freely. First, an iterative reconstruction algorithm, that compensates motion estimated from a motion model constrained by physiological signals, is applied to morphological cardiac imaging. A semi-automatic method for edema detection has been tested on reconstructed images. It has also been associated with an adaptive acquisition strategy which enables free-breathing end-systolic imaging. This reconstruction has then been extended to the assessment of transverse relaxation times T2, which is used for myocardial edema characterization. The proposed method, ARTEMIS, enables free-breathing T2 mapping without additional acquisition time. The proposed free breathing approaches take advantage of physiological signals to estimate the motion that occurs during MR acquisitions. Several solutions have been tested to measure this information. Among them, accelerometer-based external sensors allow local measurements at several locations. Another approach consists in the use of k-space based measurements, which are "embedded" inside the MRI pulse sequence (navigator) and prevent from the requirement of additional recording hardware. Hence, several adaptive reconstruction algorithms were developed to obtain diagnostic information from free breathing acquisitions. These works allow performing efficient and accurate free breathing cardiac MRI

L'Imagerie par Résonance Magnétique de la cinématique de la contraction cardiaque est une technique d'imagerie relativement lente. En comparaison, les mouvements du patient, en particulier cardiaque et respiratoire, sont rapides et peuvent provoquer des artéfacts sur les images. La vitesse de contraction cardiaque apporte justement des informations cliniquement utiles. Premièrement, nous avons montré qu'il était possible d'effectuer cette mesure en IRM Cine à contraste de phase, et d'obtenir des valeurs similaires à celles obtenues de façon clinique en échographie cardiaque. La condition est d'obtenir une haute résolution temporelle, or, pour ce faire, la durée d'acquisition doit être plus longue qu'une apnée. La gestion du mouvement respiratoire en respiration libre a été réalisée de deux façons : avec moyennage puis avec correction de mouvement à l'aide de Cine-GRICS. Deuxièmement, pour atteindre une bonne reconstruction de la résolution temporelle en Cine, nous avons proposé une gestion temps réel de la variation du rythme cardiaque pendant l'acquisition IRM Cine, avec la construction d'un modèle cardiaque adapté au patient à l'aide de l'IRM à contraste de phase temps réel. Enfin, la gestion du mouvement cardio-respiratoire en IRM Cine est appliquée chez le petit animal à l'aide d'écho navigateurs IntraGate / Cine MRI of cardiac contraction is a relatively slow imaging technique. Comparatively, patient motion, especially cardiac beating and breathing, are fast and can lead to imaging artefacts. Cardiac contraction velocity provides clinically useful information. Firstly, we have shown that making this measurement was possible using phase contrast Cine MRI, and that getting similar values as those obtained in clinical routine using cardiac echography. The condition is to reach high temporal resolution, but to do so, the acquisition duration must be longer than a breathhold. Free-breathing motion management was done by two approaches: by averaging then by motion compensation using Cine-GRICS. Secondly, in order to achieve high temporal resolution Cine reconstruction, we proposed a way to deal with changing heart rate during Cine MRI acquisition, by the construction of a patient adapted cardiac model using realtime phase contrast MRI. Finally, cardio-respiratory motion management was adapted to small animal Cine MRI thanks to IntraGate echo navigators

L’imagerie pondérée en diffusion (DWI) représente un outil prometteur pour augmenter la spécificité de l’IRM mammaire en vue du dépistage du cancer du sein. L’épaisseur de coupe pour une acquisition ayant un rapport signal sur bruit suffisant et couvrant les seins dans un temps compatible avec un examen clinique, reste égale ou supérieur à 3 mm, limitant la possibilité de dépistage. Dans ce travail, une méthode DWI isotrope a été développée pour obtenir des images haute résolution isotropes (1x1x1 mm3) couvrant entièrement les seins. Ces images sont obtenues en combinant : (i) une séquence à train de lecture segmenté (rs-EPI) qui correspond à plusieurs segments de lecture EPI avec écho navigation, permettant d’obtenir de hautes résolutions dans le plan, (ii) une stratégie de super-résolution (SR) consistant à acquérir trois jeux de données avec des coupes épaisses (3 mm) et des décalages de 1 mm dans le sens de coupe entre chaque acquisition et (iii) une méthode de reconstruction dédiée pour obtenir des données isotropes 1x1x1 mm3. Plusieurs schémas de reconstruction basés sur différentes régularisations ont été étudiés. La SR proposée a été comparée aux acquisitions natives de 1x1x1 mm3 sans algorithme SR sur huit sujets sains et des fantômes synthétiques. Pour valider la méthode SR, nous avons utilisé plusieurs méthodes : des simulations Monte-Carlo, des mesures de SNR et des métriques de netteté et enfin le coefficient de diffusion apparent (ADC). Ces validations ont aussi été confirmées par des mesures expérimentales sur fantômes contenant des objets de dimensions et diffusion calibrées. Un nouveau protocole de recherche clinique est proposé pour évaluer l’efficacité de la séquence de diffusion à haute résolution sur le dépistage d’un cancer mammaire, dans le but de remplacer la séquence de perfusion avec injection de produit de contraste utilisée en IRM mammaire. / Diffusion-weighted imaging (DWI) is a promising tool to increase the specificity of MRI for breast cancer screening. However, the field of view covering the breasts makes the DWI at high resolution difficult and the images obtained have low signal-to-noise ratios (SNR). The current DWI techniques are limited by the spatial resolution, mainly a slice thickness greater than or equal to 3 mm. In this work, an isotropic DWI method was developed to obtain high resolution isotropic images (1x1x1 mm3) covering the entire breast. These images are obtained by combining: (i) a readout-segmented DW-EPI sequence (rs-EPI), with several segments of k-space and echo navigator providing high in-plane resolution, (ii) a super-resolution (SR) strategy, which consists of acquiring three datasets with thick slices (3 mm) and 1mm-shifts in the slice direction, (iii) and combining them into a 1x1x1 mm3 dataset using a dedicated reconstruction. Several SR reconstruction schemes were investigated, based on different regularizations. The proposed SR strategy was compared to native 1x1x1 mm3 acquisitions (i.e. with 1 mm slice thickness) on eight healthy subjects, and synthetics phantoms. To validate the SR method, we used several methods: Monte Carlo simulations, SNR measurements and sharpness metrics, the apparent diffusion coefficient (ADC) values in normal breast tissue and breast diffusion/resolution phantom were also compared. A new clinical research protocol is proposed to evaluate the effectiveness of the high resolution diffusion sequence on breast cancer screening. The aim of this protocol is to replace the contrast-enhanced perfusion by the diffusion sequence for screening.

Είναι ενδιαφέρουσα αλλά συνάμα δύσκολη η ανάλυση ιατρικών εικόνων, επειδή υπάρχουν πολύ μικρές διακυμάνσεις και μεγάλος όγκος δεδομένων για επεξεργασία. Είναι αρκετά δύσκολο να αναπτυχθεί ένα αυτοματοποιημένο σύστημα αναγνώρισης, το οποίο θα μπορούσε να επεξεργάζεται μεγάλο όγκο πληροφοριών των ασθενών και να παρέχει μια σωστή εκτίμηση. Στην ιατρική, η συμβατική διαγνωστική μέθοδος για εικόνες MR γονάτου για αναγνώριση ανωμαλιών, είναι από την επίβλεψη έμπειρων ιατρών. Η τεχνική της ασαφούς λογικής είναι πιο ακριβής, αλλά αυτό εξαρτάται πλήρως από τη γνώση των εμπειρογνωμόνων, η οποία μπορεί να μην είναι πάντα διαθέσιμη. Στη παρούσα εργασία, τμηματοποιούμε την MR εικόνα του γονάτου με την τεχνική Mean Shift, αναγνωρίζουμε τα κύρια μέρη με τη βοήθεια των ΗΜRF και τέλος εκπαιδεύουμε ταξινομητή ANFIS. Η απόδοση του ταξινομητή ANFIS αξιολογήθηκε όσον αφορά την απόδοση της εκαπαίδευσης και της ακρίβειας ταξινόμησης. Επιβεβαιώθηκε ότι ο ταξινομητής είχε μεγάλη ακρίβεια στην ανίχνευση ανωμαλιών στις ακτινογραφίες Στην εργασία αυτή περιγράφεται η προτεινόμενη στρατηγική για την διάγνωση ανωμαλιών στις εικόνες μαγνητικής τομογραφίας γόνατος. / It is a challenging task to analyze medical images because there are very minute variations & larger data set for analysis. It is a quite difficult to develop an automated recognition system which could process on a large information of patient and provide a correct estimation. The conventional method in medicine for knee MR images classification and diseases detection is by human inspection. Fuzzy logic technique is more accurate but it fully depends on expert knowledge, which may not always available. Here we extract the feature using Mean Shift segmentation and region recognition with HMRF and after that training using the ANFIS tool. The performance of the ANFIS classifier was evaluated in terms of training performance and classification accuracy. Here the result confirmed that the proposed ANFIS classifier with high accuracy in detecting the knee diseases. This work describes the proposed strategy to medical image classification of patient’s MRI scan images of the knee.

De plus en plus utilisée en routine clinique, l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est très fréquemment associée à d'autres modalités d'imagerie médicale dans le cadre d'études multicentriques. Elle est également utilisée à des fins de quantification et sa technologie se complexifie, notamment avec l'utilisation croissante d'antennes en réseau phasé. Ces raisons contribuent à amplifier le besoin d'assurance qualité car il importe de surveiller les performances des appareils cliniques afin de se prémunir d'erreurs de diagnostic que leurs dérives peuvent entrainer. Des travaux, très tôt engagés sur le contrôle qualité (CQ) en IRM, ont posé les bases pour la conception d'objets-test et des mesures physiques nécessaires au suivi. Ces travaux ont aussi permis de dégager deux approches pour les procédures de CQ en IRM, à savoir des approches mono-objet et multi-objet. Les travaux menés poursuivent le premier objectif de développer une méthodologie de suivi périodique des appareils d'IRM qui soit pratique, peu chronophage, statistiquement robuste et compatible avec différents appareils. L'approche mono-objet issue des travaux de l'American College of Radiology a été choisie pour élaborer la procédure. Les travaux ont porté sur les principaux aspects du processus de réalisation des tests. La procédure hebdomadaire résultante, d'une durée de réalisation inférieure à 10 min, a été testée avec succès sur 6 sites disposant d'appareils de différentes gammes. Le deuxième objectif porte sur le contrôle spécifique des antennes en réseau phasé. Ceux-ci sont essentiellement caractérisés par deux paramètres qui ont été identifiés comme déterminants pour la reconstruction et la qualité des images. Il s'agit des profils de sensibilité des antennes et des corrélations en termes de bruit d'acquisition. Deux métriques ont été élaborées pour surveiller ces deux paramètres. Une technique alternative a également été développée pour calculer les covariances de bruit. Enfin, cette thèse propose quelques pistes pour mettre les outils de CQ au service d'applications cliniques ciblées. Les travaux engagés en ce sens ouvrent des perspectives intéressantes pour l'utilisation de techniques de CQ dans le cadre d'applications cliniques ciblées / Magnetic Resonance Imaging (MRI) is increasingly being used in clinical routine and is frequently associated with different imaging modalities in multisite studies. Besides, MRI is becoming more complex with a growing use of phased-array coils. Hence there is a rising eagerness for quality assurance and quality control (QC). Indeed, monitoring MR systems is required in order to prevent from diagnostic errors which may be induced by drifts in the instrumentation. The ever first studies about MRI QC issue established the basis for designing test-objects and metrics which are required for monitoring the scanners. These works also resulted in two approaches for performing the testings : the first one is multi-object oriented and the second one is single-object oriented. The research conducted for this thesis are motivated by two objectives : the first one holds about designing a methodology for performing periodic monitoring of MR scanners. The procedure is required to be practical, shortly-timed, statistically robust, and system-independent. It was designed following the single-object approach promoted by the American College of Radiology. In order to fit the procedure with its specifications, all of its aspects were assessed. The resulting 10-minute weekly QC procedure was successfully tested on several MR facilities. The second goal of these works is about specifically assessing the performance of phased-array coils. Using these coils, two parameters were considered as being essential for image quality considerations, namely the sensitivity profiles and the noise covariance matrix. For monitoring these parameters, two metrics were designed in a way that they could be integrated within the weekly QC procedure. Besides, an alternative method was proposed for computing noise covariance matrices. As a matter of prospects, these doctoral works sought clinical applications which may take advantage of the techniques and methodology elaborated for QC purposes. There are interesting insights about using QC techniques in support of targeted clinical MR applications

La dysfonction érectile est l’un des types de dysfonctionnement sexuel aussi complexe chez les hommes que les femmes. Elle implique un facteur venogénique, artériogénique et de neurogénique. L'étiologie des changements de la puissance sexuelle après la prostatectomie radicale ainsi que la chirurgie vasculaire ou la radiothérapie des organes pelviens est probablement multifactorielle, l'une de ces causes est la blessure de l’artère destinée pénienne (mâle) et clitoridienne (femelle) lors d’une opération ou d’une radiothérapie. L’anatomie des artères destinées péniennes et clitoridiennes ainsi que ses origines sont variées. L’Angiographie par résornance magnétique (RM) et tomodensitométrie (TDM) nous donnent des images très nettes qui peuvent être utilisées avant l'intervention pour identifier et localiser les artères pudendales internes (API) et les artères pudendales accessoires (APA), et peuvent aider les chirurgiens et les radiothérapeutes à planifier une opération efficace visant à préserver l’API et l’APA, probablement importantes pour la fonction érectile après l’intervention sur les organes et les vaisseaux pelviens / Erectile dysfunction is one of the types of sexual dysfunction, the etiology is complex in male and female. It involves venogenic factor, arteriogenic and neural origins. The aetiology of changes in sexual potency after radical prostatectomy and pelvic vascular surgery or pelvic radiotherapy is probably multifactorial, one of these cause is injury the penile artery (male) and clitoris artery (female) during the operation or radiotherapy. The anatomy of the penile and clitoral artery is variation. Magnetic resonance (MR) and Multiple detector computed tomography (MDCT) angiography give us a very sharp image, they can be pre-intervation used to identify and localize internal pudendal artery (IPA) and accessory pudendal artery (APA), and may help surgeons and radiotherapists plan an effective intervation that preserves IPA and APA possibly important for sexual function after surgery or radiotherapy of the pelvic organs