La perfusion est un facteur important dans la viabilité et la fonction du myocarde. Des atteintes microvasculaires diffuses, précédant l'infarctus ou l'insuffisance cardiaque sont impliqués dans bon nombre de pathologies cardiaques. Ce travail vise à améliorer les techniques existantes de mesure quantitatives et non-invasive de la perfusion myocardique par marquage de spins artériels (ASL). La première partie de mon travail de thèse a consisté en la mise place chez la souris d'une technique alternative pour mesurer la perfusion myocardique. Celle-ci est basée sur un marquage pulsé et régulièrement répété afin de construire un état d'équilibre de l'aimantation sous l'influence de la perfusion (approche steady-pulsed ASL). Le modèle théorique associé à cette technique spASL a été développé en parallèle afin de quantifier le flux sanguin tissulaire. Il a été montré que spASL permettait d'obtenir un résultat similaire aux techniques existantes avec en plus, les avantages d'améliorer la sensibilité au signal de perfusion ainsi que de réduire le temps d'acquisition. Dans un second temps, un transfert vers l'imagerie clinique pour une application chez l'homme a été entrepris. Le marquage de type spASL a été conservé et le module de lecture a été adapté aux spécificités de l'imagerie cardiaque chez l'homme pour une acquisition en respiration libre. Un post-traitement dédié qui comprend une correction de mouvement rétrospective a ensuite vu le jour afin d'améliorer la robustesse de nos mesures. Parallèlement aux développements conduits chez l'homme, nous avons exploité l'approche spASL chez l'animal en proposant diverses améliorations en fonction des études menées. / Myocardial blood flow is an important factor of tissue viability and function. Diffuse changes in microcirculation preceding heart failure are involved in various cardiac pathologies. This work aim at improving existing techniques allowing quantitative and non-invasive myocardial perfusion assessment using arterial spin labeling. The first step of my work was to design an alternative approach to quantify myocardial blood flow in mice. The so called steady-pulsed ASL (spASL) is based on a regularly repeated pulsed labeling in order to build up a stationary regime of the magnetization under the influence of perfusion. The associated theoretical model has been developed in parallel to quantify tissue blood flow. We have shown that spASL allows to obtain similar results than the previously employed techniques, with the additional advantages of an increased sensitivity to the perfusion signal and a reduced acquisition time. A transfer towards clinical imaging for human applications was then undertaken. The spASL labeling scheme has been preserved while adapting the readout module to the specificities of cardiac MRI when applied to free-breathing human acquisitions. A dedicated post-processing, which includes a retrospective motion correction, has emerged subsequently to improve the robustness of our measurements. In parallel to the developments made for human studies, some optimization of the spASL technique when applied to rodent have been carried out depending on the conducted studies.

L'objectif de cette thèse est de fournir des outils logiciels aux anatomistes et neuro-anatomistes afin de permettre une analyse tridimensionnelle quantitative des réseaux micro-vasculaires cérébraux. Cette analyse demande des images de très haute résolution (permettant de tenir compte du plus petit capillaire), mais aussi des images couvrant une surface du cortex suffisamment large pour être statistiquement significative. Comme elle ne peut être acquise en une seule fois, nous proposons de paver la surface à imager de plusieurs petites images et de créer ainsi une grande "mosaïque d'images". Chaque image est acquise grâce à un microscope confocal dont la résolution impose une grille anisotrope. Nous avons alors développé des outils de reconstruction spécifiques pour ce genre de mosaïques afin de générer des images à la fois très étendues et très précises. Or ces images sont trop volumineuses pour être chargées et traitées en une seule fois dans la mémoire d'un ordinateur standard. Nous avons donc développé des outils spécifiques de traitement d'image (filtrage, seuillage, outils de morphologie mathématique, de topologie discrète...) décomposés en traitements en sous-images. L'étude quantitative du réseau micro-vasculaire cérébral nécessite l'extraction des lignes centrales et une estimation des diamètres des vaisseaux. La géométrie discrète offre un cadre de travail rapide et puissant pour ce type de calculs. En effet, nous devons calculer une carte de distance en tout point de l'image. Afin d'avoir la meilleure précision possible tout en gardant un temps de traitement raisonnable, nous avons choisi une carte de distance du chanfrein. Une de nos contributions a été de proposer un calcul automatique des coefficients de chanfrein permettant de s'adapter à tout type d'anisotropie de grille. L'utilisation de telles cartes de distances permet de guider des algorithmes de squelettisation. De tels outils nécessitent la conservation d'une propriété globale, la topologie. Comme nous nous plaçons dans un cadre où l'on a accès qu'à des sous images, nous avons proposé un nouvel algorithme de squelettisation qui minimise le nombre d'accès à des sous-images afin de garantir un temps de calcul acceptable, tout en localisant correctement le squelette. Ces algorithmes ont été intégrés dans le logiciel ergonomique Amira et sont utilisés par les chercheurs de l'unité U455 de l'INSERM.