Recalage non rigide d'images par approches variationnelles statistiques - Application à l'analyse et à la modélisation de la fonction myocardique en IRM

L'analyse quantitative de la fonction contractile myocardique constitue un enjeu majeur pour le depistage, le traitement et le suivi des maladies cardio-vasculaires, premiere cause de mortalite dans les pays developpes. Dans ce contexte, l'Imagerie par Resonance Magnetique (IRM) s'impose comme une modalite privilegiee pour l'exploration dynamique du coeur, renseignant, d'une part, sur l'evolution des parois (cine IRM), et permettant, d'autre part, d'acceder a des informations cinematiques au sein du myocarde (IRM de marquage). L'exploitation quantitative de ces donnees est neanmoins actuellement limitee par la quasi-absence de methodologies fiables, robustes et reproductibles d'estimation de mouvement non rigide a partir de sequences d'images acquises dans cette modalite. Cette these se propose de demontrer que les techniques de recalage non rigide statistique constituent un cadre approprie pour l'estimation des deformations myocardiques en IRM, leur quantification a des fins diagnostiques, et leur modelisation en vue d'etablir une reference numerique de normalite. Ses contributions concernent : 1. l'elaboration d'une methode robuste non supervisee d'estimation des deplacements myocardiques a partir de sequences d'IRM de marquage. Elle permet l'obtention de mesures de mouvement fiables en tout point du myocarde, a tout instant du cycle cardiaque et sous incidence de coupe arbitraire. 2. le developpement d'un outil de quantification dynamique des deformations a l'echelle du pixel et du segment myocardique, integrant un etape de segmentation automatique du coeur par recalage d'images cine IRM acquises conjointement aux donnees de marquage. Pour le coeur sain, la comparaison des mesures obtenues a des valeurs de reference issues d'une synthese approfondie de la litterature medicale demontre une excellente correlation. Pour des coeurs pathologiques, les experiences menees ont montre la pertinence d'une analyse quantitative multiparametrique pour localiser et caracteriser les zones atteintes. 3. la construction d'un modele statistique (atlas) de contraction d'un coeur sain. Cet atlas fournit des modeles quantitatifs de reference locaux et segmentaires pour les parametres de deformation. Son integration, en tant que modele de mouvement, au processus de recalage des donnees d'IRM de marquage conduit en outre a une description tres compacte des deplacements myocardiques sans perte de precision notable.