Morphology change analysis of aorta images acquired from biological experiments plays a critical role in exploring the relationship between lamina thickness (LT), interlamellar distance (ILD) and fragmentation (furcation points) with respect to pathological conditions. An automated software tool now is available to extract elastic laminae (EL) and measure LT, ILD and fragmentation along their ridge lines in a fine detailed aspect. A statistical randomized complete block design (RCBD) and F-test were used to assess potential (non)-uniformity of LT and ILD along both radial and circumferential directions. Illustrative results for both normotensive and hypertensive thoracic porcine aorta revealed marked heterogeneity along the radial direction in nearly stress-free samples. Quantifying furcation point densities were also found that can offer new information about potential elastin fragmentation, particularly in response to increased loading due to hypertension. Furthermore, when biological scientists analyze the elastic lamina structure, how to automatically generate a macro-level geometric parameter mapping might greatly help them understand the over-all morphology changes of blood vessel cross section. In this dissertation, another automated system is designed to quickly locate more pronounced EL branches to construct layer level abstraction of LT/ILD measurements and transform the sparse pixel level information to dense normalized Virtual Layer Matrix (VLM). The system can automatically compute the EL orientations, identify pronounced ELs, transform the denoised LT measurement points onto a VLM and then provide statistics/segmentation analysis. By applying the k-means segmentation technique to VLMs of LT-ILD, one can easily delineate regions of normal vs. hypertrophic and/or hyperplasia LT-ILD measurements for cross-image references.

Le basculement de paradigme apporté par l'ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative par rapport à l'approche thérapeutique utilisant les biomatériaux, questionne aujourd'hui les méthodes d'évaluation de ces thérapies avancées en histopathologie. Les outils d'évaluation actuellement disponibles en histopathologie ne sont pas pleinement satisfaisants pour l'évaluation locale de ces thérapies avancées, notamment en matière d'évaluation de leur performance. Nous avons développé une nouvelle méthode quantitative numérique, simple, peu coûteuse fournissant des indicateurs clés pour la caractérisation structurelle et compositionnelle des tissus régénérés. Cet indicateur mesure le taux de croissance tissulaire (TIR) en intégrant deux autres indicateurs, le taux de croissance cellulaire (CIR) et le contenu total en collagène (TCC). Il se traduit par l'équation suivante TIR (%) = CIR (%) + TCC (%). D'autre part, un sous-ensemble d'indicateurs quantitatifs décrivant l'organisation directionnelle du collagène (relation entre structure et propriétés mécaniques des tissus), le ratio collagène I / collagène III (qualité du remodelage) et la propriété anisotropique optique du collagène (indicateur de maturité), a également été produit automatiquement. A l'aide d'un analyseur d'images assisté par ordinateur tous les indicateurs sont extraits uniquement à partir de deux lames sériées colorées soit avec du Feulgen & Rossenbeck (spécificité cellulaire) ou à l'aide de la coloration au rouge picrosirius F3BA (spécifique du collagène). Pour valider cette nouvelle approche, des échafaudages 3D identiques ont été implantés en site intrapéritonéal chez un groupe de rats sains et chez un groupe de rats diabétiques. L'hypothèse émise était que quantitativement la régénération tissulaire serait significativement retardée et défectueuse chez les rats diabétiques par rapport aux rats sains. De plus, un échafaudage 3D chimiquement modifié a été similairement implanté chez un troisième groupe de rats sains avec l'hypothèse qu'une modulation de la croissance tissulaire serait mise en évidence quantitativement par rapport au groupe de rats sains portant l'échafaudage 3D non-modifié. Après 21 jours d'implantation, les deux hypothèses ont été vérifiées, validant cette nouvelle approche d'analyse quantitative computationnelle. Les résultats quantitatifs ont révélé des différences tissulaires fines qui n'ont pas été détectées à l'évaluation semi-quantitative conduite en parallèle. Cette méthode automatisée et supervisée réduit la dépendance à l'opérateur à un minimum et s'est montrée sensible, simple, peu coûteuse et permet de gagner du temps. Elle offre le double avantage d'objectiver les comparaisons thérapeutiques et de comprendre la régénération des tissus fonctionnels localement et dans le temps / The paradigm shift brought about by the expansion of tissue engineering and regenerative medicine away from the use of biomaterials, currently questions the value of histopathologic methods in the evaluation of biological changes. To date, the available tools of evaluation are not fully consistent and satisfactory for these advanced therapies. We have developed a new, simple and inexpensive quantitative digital approach that provides key metrics for structural and compositional characterization of the regenerated tissues. For example, metrics provide the tissue ingrowth rate (TIR) which integrates two separate indicators; the cell ingrowth rate (CIR) and the total collagen content (TCC) as featured in the equation, TIR%=CIR%+TCC%. Moreover a subset of quantitative indicators describing the directional organization of the collagen (relating structure and mechanical function of tissues), the ratio of collagen I to collagen III and the optical anisotropy property of the collagen (maturity indicator) was automatically produced as well. Using an image analyzer, all metrics were extracted from only two serial sections stained with either Feulgen & Rossenbeck (cell specific) or Picrosirius Red F3BA (collagen specific). To validate this new procedure, 3D scaffolds were intraperitoneally implanted in healthy and diabetic rats. It was hypothesized that quantitatively; the healing tissue would be significantly delayed and of poor quality in diabetic rats in comparison to healthy rats. In addition, a chemically modified 3D scaffold was similarly implanted in a third group of healthy rats with the assumption that modulation of the ingrown tissue would be quantitatively present in comparison to the 3D scaffold-healthy group. After 21 days of implantation, both hypotheses were verified by use of this novel computerized approach. When the two methods were run in parallel, the quantitative results revealed fine details and differences not detected by the semi-quantitative assessment, demonstrating the importance of quantitative analysis in the performance evaluation of soft tissue healing. This automated and supervised method reduced operator dependency to a minimum and proved to be simple, sensitive, cost-effective, time-effective, a way of doing objective therapeutic comparisons and a way to elucidate regeneration and the dynamics of a functional tissue