Prétraitement et Modélisation

La phase de prétraitement regroupe plusieurs étapes qui consistent à préparer les données pour les étapes de conversion du signal de modélisation.

La première étape de cette phase consiste à corriger les inhomogénéités d’antennes. Il ne s’agit pas d’une étape spécifique à un protocole DCE et la problématique de la correction des inhomogénéités d’antennes est un problème très répandu et très étudié dans le domaine de l’IRM [158]–[162]. Dans le cas d’un examen DCE cardiaque, les antennes utilisées sont généralement des réseaux d’antennes de surface réceptrices produisant une faible homogénéité du signal. Les solutions les plus répandues sont :

• soit le filtrage a posteriori de ces images reconstruites par l’application d’un algorithme de type « Surface Coil Intensity Correction » (SCIC) [163] ou correction d’intensité des antennes de surface

• soit la correction des inhomogénéités du signal par une carte de sensibilité d’antenne réalisée avant l’acquisition des données.

Cette étape de correction est cruciale et il a été démontré l’importance de l’application d’une telle correction en IRM qualitative et quantitative sur divers organes [164].

La deuxième étape de prétraitement des données est essentielle dans l’étude DCE des organes en mouvement. La durée d’acquisition du rehaussement dynamique, même limité au premier passage ne permet pas sa réalisation en apnée. Les acquisitions de perfusion sont donc réalisées selon deux types de paradigmes :

• Respiration libre partielle : il est demandé au patient de tenir une apnée le maximum de temps possible. Ce paradigme à l’avantage de supprimer les mouvements respiratoires au moment de l’acquisition de la baseline et quelques secondes supplémentaires. En revanche, la tenue de l’apnée est variable d’un patient à un autre rendant l’expérience peu reproductible. De plus, le relâchement de l’apnée conduit à générer un mouvement respiratoire généralement plus fort qu’en respiration normale et à tendance à se produire pendant la prise de contraste.

• Respiration libre totale : aucune apnée n’est demandée et la correction des mouvements respiratoires est effectuée en post traitement.

La correction de mouvements respiratoires est un domaine translationnel en IRM cardiaque et de nombreuses techniques ont été développées pour la réalisation de plusieurs types d’acquisition. La difficulté du recalage d’images de perfusion cardiaque reconstruites est liée aux changements d’intensité d’une image à l’autre lors du passage de l’agent de contraste. Ainsi les algorithmes de recalage utilisant des indicateurs de similarités basés sur l’intensité des pixels demeurent en difficulté dans cette application. Cette étape a fait l’objet d’un développement spécifique pour cette thèse et sera décrite au chapitre 6.

Les autres étapes de prétraitements visent à réduire au maximum les interactions utilisateurs afin d’augmenter la reproductibilité et la vitesse de traitement du flux de travail. En ce sens, la reconnaissance automatique de la zone d’intérêt et le rognage de cette zone vise à accélérer le temps de calcul en limitant le nombre de pixels à traiter à une zone restreinte autour du cœur. L’extraction automatique de la zone vasculaire d’où sera échantillonné l’AIF s’inscrit dans cette même stratégie.

Contrairement à l’ordre chronologique allant de l’acquisition à la mesure des paramètres, la première étape à l’élaboration d’une analyse DCE-IRM est la définition du ou des modèle(s) utilisé(s). Ce sont ces modèles qui vont définir les besoins/limites en termes d’acquisition et de prétraitement des données. Initialement, le projet consistait à produire une analyse de perméabilité du tissu myocardique, et le modèle de Tofts étendu nous a servi de base afin de définir la méthode et les paramètres d’acquisition de nos données.

En conclusion, un flux d’analyse quantitative de perfusion peut être décrit en quatre grandes phases intriquées les unes aux autres.

• La phase d’acquisition des données doit prendre en compte les problématiques de conversion du signal en concentration d’agent de contraste, en particulier pour le cas de l’AIF. Deux solutions sont décrites dans la littérature : Dual Bolus et Dual Sequence. La troisième option peu recommandée est d’utiliser un modèle d’AIF sur l’ensemble de la population. Les paramètres d’acquisition dynamique que sont la durée d’acquisition et la résolution temporelle doivent être choisis en fonction de la sensibilité des paramètres du modèle choisi. La préparation de la conversion du signal en valeur de T1 consiste à préparer la mesure du T10 ou T1 avant arrivée du bolus. Deux méthodes coexistent : une première méthode consiste à l’acquisition séparée d’une carte de T1 avec les méthodes de mesure du T1 utilisées classiquement en IRM cardiaque, l’autre méthode, plus analytique nécessite l’acquisition d’image pondérée en densité de proton avant l’injection afin de pouvoir calculer le T1 selon le rapport Si = S(T1w)/S(DPw). Le T10 est alors considéré comme la moyenne des T1 calculée durant la phase de baseline.

• Le prétraitement consiste à préparer les données acquises à la phase de conversion et de modélisation. Le filtrage du signal est une étape essentielle pour garantir une répartition plus homogène du signal recueilli. En DCE-IRM cardiaque, l’étape de recalage est une étape non triviale mais essentielle pour assurer une quantification de la perfusion fiable. Les étapes de rognage autour du cœur et d’extraction automatique du signal provenant de la partie vasculaire sont optionnelles mais permettent de limiter l’intervention de l’utilisateur et par la même d’augmenter la rapidité et la reproductibilité du traitement des données.

• La phase de conversion du signal est une étape très sensible dans la quantification DCE-IRM. Elle est en fait composée d’une première conversion du signal en T1, puis d’une deuxième conversion du T1 en concentration d’agent de contraste. Cette méthode n’est pas la seule et d’autres existent comme l’utilisation d’abaques de conversion. La non linéarité de la relation signal concentration d’agent de contraste en particulier dans la partie vasculaire impose une acquisition adaptée pour les limiter/corriger les effets de T2* et de saturation du pic de l’AIF.

• L’étape de modélisation est gouvernée par le choix d’un modèle pharmacocinétique ou non. Cette étape consiste à estimer les valeurs des paramètres du modèle utilisé aux données mesurées par une méthode de régression choisie.

PARTIE II:

Développements en