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Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluation der diagnostischen Treffsicherheit bei der Erkennung von signifikanten Stenosen in den koronaren Herzkranzgefäßen durch die Modalitäten der computertomographischen Koronarangiographie (CCTA) im Vergleich zur konventionellen Koronarangiographie (ICA). Die diagnostische Treffsicherheit wird durch den Vergleich von 8 Studien, welche jeweils die diagnostische Performance in der Erkennung von signifikanten Stenosen der CCTA in Relation zur ICA beschreiben, bearbeitet. Die Auswertung der Studien erfolgt durch die Parameter Sensitivität, Spezifität und Accuracy, welche auf Segment Basis der koronaren Herzkranzgefäße basieren. Stenosen werden ab ≥50 % Durchmesserreduktion als signifikant gewertet. Die in den Studien ausgewertete Accuracy der CCTA liegt in einem Wertebereich von 88.3 – 99.2 %. Die Wertebereiche für Sensitivität liegen bei 79.5-100 % und die Spezifität jeweils bei 87.6-99.2 %. Die prozentuellen Werte der CCTA stehen in Relation zu dem Referenzstandard der ICA. Starke Verkalkungen und Bewegungsartefakte beeinflussen die diagnostische Genauigkeit. Fazit dieser Arbeit ist, dass die diagnostische Performance der CCTA der der interventionellen Angiographie zwar noch nicht ident ist, jedoch schon nahe. Mit Accuracy Werten von ≥88.3 % in der Treffsicherheit der Stenosen Erkennung gewinnt die CCTA als Untersuchungmodalität immer mehr an Relevanz. Die zielführendste Methode ist abhängig von den Indikationen und dem klinischen Kontext, nach welchen die Untersuchung durchgeführt werden soll. The aim of this thesis is to evaluate the diagnostic accuracy in the detection of significant stenoses in coronary artery vessels using the modalities of coronary computed tomographic angiography (CCTA) in comparison to the conventional invasive coronary angiography (ICA). The Evaluation of the diagnostic accuracy is achieved by comparing 8 scientific papers, each of which deals with the diagnostic performance in the detection of significant stenoses of the CCTA in relation to the ICA. The assessment of the studies is based on the parameters’ sensitivity, specificity, and accuracy, which are evaluated on a segment basis of the coronary vessels. Stenoses of a ≥50 % diameter reduction are considered significant. The accuracy of the CCTA ranges from 88.3 - 99.2 % in value across the studies. The value ranges for sensitivity are 79.5-100 % and specificity 87.6-99.2 % respectively. The percentage values of the CCTA are in relation to the reference standard of the ICA. Severe calcifications in coronary vessels and motion artifacts influence the diagnostic accuracy. The conclusion of this thesis is that the diagnostic performance of CCTA is not yet identical to that of interventional angiography, but close. With accuracy values of ≥88.3% in the accuracy of stenosis detection, the CCTA is gaining more and more relevance as an examination modality. The expedient choice of method is dependent on patient indication and clinical context, based on which the examination is to be carried out.

La lésion artérielle pelvienne est l’une des principales lésions à rechercher sur l’évaluation tomodensitométrique initiale d’un patient traumatisé atteint d’une fracture du bassin. Une extravasation de produit de contraste (EPC) est le signe traditionnellement spécifique pour qualifier l’origine artérielle du saignement et justifier la réalisation d’une angiographie. Ces EPCs manquent pourtant de sensibilité, principalement à cause des saignements osseux ou veineux. L’objectif de cette étude a donc été de déterminer la performance prédictive de différentes caractéristiques de l’EPC pour le recours à l’artérioembolisation pelvienne (AEP), ainsi que les facteurs de risque de faux-positif pour un saignement artériel. Matériel et méthodes : une étude rétrospective a été menée dans notre centre de traumatologie entre 2010 et 2015. Tous les patients traumatisés sévères avec examen tomodensitométriques initial en faveur d’une fracture du bassin ont été inclus. Les caractéristiques TDM de l’EPC ont été spécifiquement étudiées : phase de survenue, surface artérielle (S²EPC‒a) et portale (S²EPC‒p), surface d’extension (S²EPC‒ext), relations anatomiques (contact avec un fracas osseux complexe ou avec l’hématome rétro-péritonéal constitué). La performance prédictive globale de ces caractéristiques TDM pour le recours à l'AEP a été analysée par courbes ROC. L’analyse s’est ensuite centrée sur l’étude des facteurs de risque de faux-positif. Résultats : parmi les 311 traumatisés sévères avec fracture du bassin inclus (âge moyen 42±19, ISS moyen 27±19), 94 (30%) présentaient au moins une EPC pelvienne sur la TDM initiale. Les S²EPC‒a et S²EPC‒p étaient significativement plus étendues chez les patients ayant nécessité une AEP : respectivement (38.5 mm2 [IQR 26−127] vs 15 mm2 [IQR 6−29.5], P=0.001) et (128.5 mm2 [IQR 79−450] vs 59 mm2 [IQR 34−134], P=0.035). La S²EPC‒ext n’était en revanche pas associée avec l’AEP. La performance diagnostique de S²EPC‒a fournie par courbe ROC était modeste (ASC 0.76 [0.64‒0.90], P=0.011) pour prédire l’AEP. La S²EPC‒p et S²EPC‒ext n’étaient pas significativement associées avec l’AEP. Le seuil de haute sensibilité a été défini comme une S²EPC‒a ≥ 20 mm2 (Sens 100%, Spé 62%, VPP 24%, VPN 100%). Utilisant ce seuil, 76% des patients étaient faux positifs. Les facteurs de risque de faux-positif étaient les suivants : l’absence d’hypotension à l’admission (OR 6.7 [1.2−36.7]), une transfusion < 6 CG (OR 15.0 [1.7−133.6]), une EPC à la TDM non-diffusant vers un hématome rétro-péritonéal constitué (OR 7.6 [1.4−42.3]), et une EPC en contact avec un fracas osseux complexe (OR 7.8 [1.4−59.7]). Discussion : une EPC pelvienne à la phase artérielle du TDM, même étendue, ne constitue pas un argument suffisant pour garantir la nécessité d’AEP. Une S²EPC‒a ≥ 20 mm2 oriente en effet à tort dans trois-quarts des cas vers une angiographie et par conséquent vers un geste d'hémostase inapproprié. Les facteurs de risques TDM justifiant une angiographie pelvienne sont une EPC diffusant vers un hématome rétropéritonéal constitué et une EPC sans contact avec un fracas osseux complexe.

Atrial fibrillation is one of the most common cardiac arrhythmias. It can be treated minimally invasive by catheter ablation. For guidance during the intervention, augmented fluoroscopy systems gain more and more popularity. These systems allow to fuse data which was pre-operatively acquired, e.g., using computed tomography, and intra-operative patient data. This facilitates navigation during the procedure by overlaying a 3-D model of the patient's left atrium to the fluoroscopic images. Moreover, if X-ray images are acquired from two views, 2-D image annotations can be displayed with respect to the 3-D patient model. Image fusion and annotation requires an accurate registration of pre-operative and intra-operative data which is mostly performed manually. This thesis is primarily concerned with methods for automatizing both the registration process and also steps which are required for registration. Thus, we propose also methods for reconstructing the 3-D shape of catheters from 2-D X-ray images as this is needed later for registration. In the first part of this thesis, we present methods for fast 3-D annotation of catheters. The first method is able to annotate whole line-shaped catheters in 2-D X-ray images based on a single seed point. To this end, catheter-like image regions are transformed into a graph like structure which serves as reduced search space for the catheter detection method. Resulting annotations in two X-ray images from different views can then be used to compute a 3-D reconstruction of the catheters. Our proposed method establishes point correspondences based on epipolar geometry. We define an optimality criterion that makes this approach robust with respect to spurious and missing point correspondences. Both methods are then used to establish a method for automatic cryoballoon catheter reconstruction. The second part investigates registration methods based on devices placed at certain anatomical structures. We present two different methods, one for thermal ablation and one for cryoablation. The first method relies on line-shaped devices placed outside the left atrium in the oesophagus and the coronary sinus. Their 3-D shape can be reconstructed using the algorithms presented in the first part and can then be aligned to their corresponding 3-D structures segmented from the preoperative data. The second method uses the pulmonary vein ostium which is a structure inside the left atrium in which cryoballoons are placed. A registration is established by relating the ostium position to a reconstruction of the cryoballoon computed using the approach presented in the first part. We use a skeletonization of the 3-D left atrium model to extract potential ostia from the model. In the last part we consider an automatic registration method based on injected contrast agent. In this context we present a method for classification of contrasted frames. Moreover, we present a novel similarity measure for 3-D/2-D registration that takes into account how plausible a registration is. Plausibility is determined with respect to a reconstructed contrast agent distribution within the 3-D left atrium and the contrast agent in the 2-D images. We show that a combination of this similarity measure and a measure that relates edge information from the contrast agent in 2-D images to edges of the 3-D model increases accuracy substantially. As a final step, the frame-wise registration results are postprocessed by means of a Markov chain model of the cardiac motion. This method of temporal filtering reduces outliers and improves registration quality significantly. Vorhofflimmern ist die am weitesten verbreitete Herzrythmusstörung Sie kann durch Katheterablation, einem minimalinvasiven Eingriff, behandelt werden. Damit der Arzt die Katheter an die richtige Stelle führen kann, wird der Patient mit Röntgenstrahlung durchleuchtet. Systeme, die erweiterte Durchleuchtung unterstützen können zudem 3D-Daten wie z.B. ein Herzmodell des Patienten das vor der Operation aufgenommen wurde oder Planungsdaten mit dem 2D Bild fusionieren. Wenn Röntgenbilder aus zwei Blickrichtungen aufgenommen werden, können 2D-Markierungen aus den Röntgenbildern auf das 3D-Modell des Patienten übertragen werden. Bildfusion und -annotation benötigen eine genaue Registrierung der 2D- zu den 3D-Koordinatensystemen. Die Registrierung wird meist manuell durchgeführt. Diese Arbeit befasst sich hauptsächlich mit der Automatisierung von Registrierung und weiteren Aufgaben, die im Kontext der Registrierung anfallen. Daher stellen wir ebenfalls Verfahren zur Rekonstruktion der 3D-Form von Kathetern anhand von 2D-Röntgenbildern vor, da dies später zur Registrierung benötigt wird. Im ersten Teil der Arbeit präsentieren wir Algorithmen zur schnellen Markierung von Kathetern. Die erste Methode kann linienförmige Katheter vollständig auf Basis eines Startpunktes markieren. Die so generierten Annotationen von Kathetern in zwei Bildern aus unterschiedlichen Blickrichtungen können dann zur 3D-Rekonstruktion der Katheter verwendet werden. Die von uns vorgeschlagene Methode erzeugt Punktkorrespondenzen mit Hilfe der Epipolargeometrie. Wir definieren ein Optimalitätskriterium das unseren Ansatz robust gegenüber fehlerhaften und fehlenden Punktkorrespondenzen macht. Beide Verfahren werden dann verwendet um eine Methode zur automatischen Rekonstruktion von Cryoballonkathetern zu realisieren. Der zweite Teil untersucht Registrierungsmethoden welche Katheter nutzen die an bestimmten anatomischen Bereichen platziert werden. Das erste Verfahren ist für thermische Ablationsverfahren entwickelt und nutzt Katheter in der Speiseröhre und dem Koronarsinus. Deren 3D-Form wird mit Hilfe der Algorithmen aus dem ersten Teil der Arbeit rekonstruiert. Die entsprechenden Strukturen aus dem präoperativen 3D-Datensatz werden anschließend an den rekonstruierten Kathetern ausgerichtet. Die zweite Methode nutzt den Cryoballonkatheter, der bei Ablation durch Kälte gegen das Pulmonalvenenostium gedrückt wird. Eine Registrierung wird erzeugt indem die Position des Ostiums zu der rekonstruierten Position des Cryoballons in Beziehung gesetzt wird. Im letzten Teil der Arbeit betrachten wir automatische Registrierung anhand von injiziertem Kontrastmittel. Dazu stellen wir eine Methode zur Klassifizierung von kontrastmittelhaltigen Einzelbildern einer Bildsequenz vor und präsentieren ein neuartiges Ähnlichkeitsmaß für die 3D/2D-Registrierung. Dieses Ähnlichkeitsmaß erstellt auf Basis einer Registrierung eine 3D-Verteilung des Kontrastmittels im Vorhof und misst wie plausibel diese Verteilung im Hinblick auf das in den Röntgenbildern sichtbaren Kontrastmittel ist. Mit diesem Maß, in Verbindung mit einem Maß das Kanten des 3D-Modells und des Kontrastmittels im Röntgenbild aufeinander abstimmt, werden gute Registrierungen erreicht. Als letzten Schritt verwenden wir ein Markowketten-Modell der Herzbewegung um die Registrierungsergebnisse der Einzelbilder in Bezug zu setzen. Dadurch kann eine zeitliche Filterung der Registrierungen durchgeführt werden welche die Registrierungsgenauigkeit signifikant steigert.

L'édème papillaire est un gonflement liquidien et /ou axonal de la tête du nerf optique du à un blocage du flux axoplasmique au niveau de la lame criblée. Nous rapportons le cas d'une jeune adolescente âgée de 17 ans, qui présenta un édème papillaire bilatéral secondaire à une hypertension intracrânienne idiopathique.

Rotational angiography using C-arm scanners enables intra-operative 3-D imaging that has proved beneficial for diagnostic assessment and interventional guidance. Despite previous efforts, rotational angiography was not yet successfully established in clinical practice for coronary artery imaging but remains subject of intensive academic research. 3-D reconstruction of the coronary vasculature is impeded by severe lateral truncation of the thorax, as well as substantial intra-scan respiratory and cardiac motion. Reliable and fully automated solutions to all of the aforementioned problems are required to pave the way for clinical application of rotational angiography and, hence, sustainably change the state-of-care. Within this thesis, we identify shortcomings of existing approaches and devise algorithms that effectively address non-recurrent object motion, severe angular undersampling, and the dependency on projection domain segmentations. The proposed methods build upon virtual digital subtraction angiography (vDSA) that voids image truncation and enables prior-reconstruction-free respiratory motion compensation using both Epipolar consistency conditions (ECC) and auto-focus measures (AFMs). The motion-corrected geometry is then used in conjunction with a novel 4-D iterative algorithm that reconstructs images at multiple cardiac phases simultaneously. The method allows for communication among 3-D volumes by regularizing the temporal total variation (tTV) and thus implicitly addresses the problem of insufficient data very effectively. Finally, we consider symbolic coronary artery reconstruction from very few observations and develop generic extensions that consist of symmetrization, outlier removal, and projection domain-informed topology recovery. When applied to two state-of-the-art reconstruction algorithms, the proposed methods substantially reduce problems due to incorrect 2-D centerlines, promoting improved performance. Given that all methods proved effective on the same in silico and in vivo data sets, we are confident that the proposed algorithms bring rotational coronary angiography one step closer to clinical applicability. Die Verwendung interventioneller C-Bogen-Systeme ermöglicht die Rekonstruktion intra-operativer 3-D Bilder des Patienten. Diese erlauben Verbesserungen in der Diagnostik und bieten eine klare Orientierungshilfe für kathetergeführte Eingriffe. Trotz einschlägiger Versuche ist es bisher jedoch nicht geglückt, dieses Verfahren in der Koronarangiographie zu etablieren. Grund hierfür sind grundlegende Schwierigkeiten die der Herzbildgebung eigen sind. Diese bestehen zum Einen aus drastischer Trunkierung, und zum Anderen aus stetiger Atem- und Herzbewegung. Für einen erfolgreichen klinischen Einsatz der interventionellen 3-D Koronarbildgebung, müssen zuverlässige und voll automatisierte Lösungen für oben angeführte Probleme gefunden werden. Wir identifizieren Unzulänglichkeiten derzeitiger Algorithmen und entwickeln Methoden die sich einerseits mit der Bewegungskompensation nicht-periodischer Bewegungsmuster und andererseits mit der 3-D Rekonstruktion beschäftigen. Dabei liegt der Fokus auf der tomographischen Rekonstruktion aus unterabgetasteten Daten, und der symbolischen Rekonstruktion aus unverlässlichen 2-D Segmentierungen. Wir verwenden virtuelle Subtraktionsbildgebung um Trunkierung zu umgehen und schließlich die Anwendung von bildbasierten Qualitätsmaßen, wie der Epipolar Konsistenz oder Autofokus Messungen, zu ermöglichen, welche wiederum die Atembewegungskorrektur ohne Vorwissen erlauben. Anschließend verwenden wir die atembewegungskorrigierte Geometrie zur tomographischen Rekonstruktion mittels eines neuen Algorithmus, der mehrere Herzphasen gleichzeitig rekonstruiert aber Informationsaustausch zwischen den Volumen zulässt, und damit implizit die Unterabtastung geschickt umgeht. Zuletzt widmen wir uns der 3-D Mittellinienrekonstruktion von Koronararterien aus sehr wenigen Ansichten und entwickeln Methoden zur Erweiterung bestehender Rekonstruktionsalgorithmen. Die Erweiterungen beschäftigen sich sowohl mit der Identifikation und Beseitigung von Ausreißern, als auch der Herstellung von Punktkonnektivität, die auf 2-D Mittellinien basiert. Anhand von zwei Methoden, die den Stand der Technik repräsentieren, wird nachgewiesen, dass die Erweiterungen eine Robustheit gegenüber inkorrekten Segmentierungen in 2-D mit sich bringen und damit schlußendlich zu besserer Rekonstruktionsqualität führen. In Anbetracht der durchweg vielversprechenden Ergebnisse in in silico und in vivo Studien, sind wir zuversichtlich, dass die hier vorgeschlagenen Methoden einen positiven Einfluss auf die klinische Anwendbarkeit der 3-D Koronarbildgebung haben.

Introduction The aim of this study was to describe the anatomical landmarks for maxillary nerve block in the pterygopalatine fossa. The risk of injury to the skull base and maxillary artery was assessed. Methods This retrospective study was based on the analysis of 61 consecutive computed tomography angiographies obtained from patients suffering from different pathologies. Anatomical relationships between optic canal (OC), foramen rotundum (FR), inferior orbital fissure (IOF) and puncture point (PP) were assessed. A “maxillary section” was virtually carried out on the CTs, following a plane passing through PP, IOF and FR in order to mimic the anaesthesia needle route. Results No gender difference was observed except for the PP-OC distance that was longer in men. The mean PP-IOF distance was of 31.9 (± 0.7 mm). PP-OC (43.9 ± 0.5) and PP-FR (44.2 ± 0.7) distances increased significantly with the patients height (PP-FR = 17.25 + 0.16 × height (cm); PP-OC = 20.54 + 0.13 × height (cm)). The route to the skull base was curved, with an angle of 168 ± 1.6° at the FR level. The angle to reach the OC was greater than 7°. Discussion With a 35-mm needle length, the probability to reach the IOF was high (79%), while the risk to injure the skull base (2%) and the optical nerve (0%) was low. Artery injuries were only found in 13% of cases. Therefore, a 35-mm needle length allows for the best efficacy/risk ratio in maxillary nerve block.

Objective: Whereas experts look to a two planar angiography and knows where the aneurysm located and how the aneurysm intraoperatively orientated is, residents and beginners sometimes knew absolutely few. This will continue in the OR and the surgical education is reduced. Due to the decreasing numbers[for full text, please go to the a.m. URL], 67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie (DGNC), 1. Joint Meeting mit der Koreanischen Gesellschaft für Neurochirurgie (KNS)

Nowadays, cardiovascular diseases remain a subject of major concern for healthcare and an important economic burden in developed countries. With the progress of medicine, medical imaging systems have allowed to detect cardiovascular pathologies at an early stage, and to monitor their evolution through advanced data analysis tools. The measurement of blood flow, in particular, is a precious information for a physician. Today, numerous blood flow estimation techniques have been developed and applied in clinical routines and medical research. One of them resorts to the injection of a contrast product in the arterial blood. The propagation of tracer throughout the bloodstream and its spatiotemporal modulation delivers the information of blood flow patterns in 2D image sequences. However, 3D+T contrast systems have not reached a clinical stage yet. The goal of this thesis is to provide the future 3D+T contrast systems with a general framework of blood flow estimation. A variational formulation of optical flow is presented, including different prior knowledge concerning the contrast concentration, and blood flow properties inspired from fluid mechanics. Subsequently, the fruitfulness of the optical flow estimation algorithm is evaluated on CFD based virtual angiography, with a sensitivity analysis on flow rate and algorithm parameters. Finally, a simplified version of the optical flow approach is tested on 3D+T early MPI evaluation. First, an in vitro flow experiment is proposed with a modulated contrast injection and secondly a blood flow analysis on in vivo data is demonstrated. All in all, this thesis investigates the original subject of blood flow estimation and the analysis of 3D blood flow patterns. The technical contribution consists in the creation of a new optical flow algorithm dedicated to time-resolved contrast information in the cardiovascular system. The underlying clinical contribution is a full pipeline for blood flow estimation, starting from the acquisition procedure with contrast modulation, to the optical flow computation, and the in silico validation.; De nos jours, les maladies cardiovasculaires restent un sujet de préoccupation majeur pour la santé et une charge économique importante dans les pays développés. Avec les progrès de la médecine, les systèmes d¿imagerie médicale ont permis la détection des pathologies cardiovasculaires `a un stade précoce, et la surveillance de leur évolution `a travers des outils d¿analyse de données avancés. La mesure du débit sanguin, en particulier, est une information précieuse pour le médecin. Aujourd¿hui, de nombreuses techniques d¿acquisition du ¿ux sanguin ont été développées et appliquées dans les routines cliniques et la recherche médicale. L¿une d¿entre elles recourt `a l¿injection d¿un produit de contraste dans le sang artériel. La propagation du traceur dans la circulation sanguine et sa modulation spatiotemporelle délivre l¿information des motifs du ¿ux sanguin dans des séquences d¿images 2D. Cependant, les systèmes d¿imagerie de contraste 3D+T n¿ont pas encore atteint un stade clinique. Le but de cette thèse est d¿apporter un cadre général de l¿estimation de ¿ux sanguin pour les futurs systèmes d¿imagerie de contraste 3D+T. Une formulation variationnelle du ¿ot optique est présentée, incluant diverses connaissances a priori sur la concentration du produit de contraste, et les propriétés du ¿ux sanguin inspirées de la mécanique des ¿uides. Par la suite, le potentiel de l¿algorithme d¿estimation de ¿ot optique est évalué sur de l¿angiographie virtuelle par CFD, avec une analyse de l¿in¿uence du débit sanguin et des paramètres de l¿algorithme. En¿n, une version simpli¿ée de l¿approche de ¿ot optique est testée sur les toutes premières données MPI 3D+T. Dans un premier temps, une expérience de ¿ux in vitro est proposée `a l¿intérieur d¿un fantôme avec une injection de contraste modulé, dans un second temps une analyse du ¿ux sanguin est démontrée sur des données in vivo. Dans son ensemble, cette thèse investigue le sujet original de l¿estimation de ¿ux sanguin et l¿analyse de ses motifs en 3D. La contribution technique consiste en la création d¿un nouvel algorithme de ¿ot optique dédié `a de l¿information de contraste temporellement résolue dans le système cardiovasculaire. La contribution clinique sous-jacente consiste en un pipeline complet pour l¿estimation du ¿ux sanguin, en partant de la procédure d¿acquisition par modulation de contraste, jusqu¿au calcul du ¿ot optique et `a sa validation in silico.

Die vorliegende Arbeit pr��sentiert eine neuartige Methode zur visuellen Quantifizierung zerebraler Arterien. Der Circle of Willis (CoW) - lat. Circulus arteriosus Willisi - ist eine arterielle Struktur, welche verantwortlich f��r die Blutversorgung im Gehirn ist. Dysfunktionen dieses arteriellen Kreises k��nnen zum Schlaganfall f��hren. Die Diagnose eines Schlaganfalls ist ein komplexer Vorgang und abh��ngig vom Expertenwissen des Radiologen sowie von den verwendeten Software-Instrumenten. Diese Instrumente bestehen aus einfachen Darstellungsmethoden volumetrischer Daten, ohne die Unterst��tzung von State-of-the-art Technologien aus der medizinischen Bildverarbeitung und -visualisierung heranzuziehen. Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist die Erarbeitung einer automatisierten Methode f��r die standardisierte Visualisierung zerebraler Arterien bei Schlaganfall-Patienten. Damit einhergehend sollen visuelle Indikatoren problematischer Bereiche eingef��hrt, sowie unkomplizierte Vergleiche zwischen verschiedenen Patienten erm��glicht werden. Im Vorfeld der Visualisierung bietet die vorliegende Arbeit einen L��sungsvorschlag f��r die Extraktion des CoW aus Time-of-Flight Magnetresonanz-Angiographie-Bildern (TOF-MRA). Hierf��r wird eine Enumerationsmethode zur Benennung der arteriellen Segmente vorgeschlagen. Des Weiteren wird eine Methode erarbeitet, welche die Detektion der Versorgungsarterien des CoW durch Analyse der koronalen, sagittalen und transversen Bildebenen ��bernimmt. Die vorliegende Arbeit bietet eine umfassende Darstellung des gesamten Vorgangs zur Extraktion der Arterien des CoW und zur standardisierten Visualisierung derselben. Das zentrale Ziel dieser Diplomarbeit ist es, eine effektive Darstellung der Arterien basierend auf einer radialen Baum-Struktur zu erarbeiten. Die Genauigkeit der visuellen Quantifizierungsmethode wird in einer Studie mit 63 TOF-MRA Bildern erprobt. Die Erkenntnisse der Auswertung der Untersuchungsobjekte mit der vorgestellten Methode werden mit den Befunden von Radiologen verglichen. Die daraus resultierenden Ergebnisse demonstrieren die Effektivit��t der vorgestellten Techniken bei der Detektion der Arterien im CoW. Schlussendlich wurde der Fokus auf die Identifikation der Hauptarterien gelegt., This thesis presents a novel method for the visual quantification of cerebral arteries. The Circle of Willis (CoW) is an arterial structure that is responsible for the brain's blood supply. Dysfunctions of this arterial circle can lead to strokes. The diagnosis of stroke patients is complex and relies on the radiologist's expertise and the software tools used. These tools consist of very basic display methods of the volumetric data without support of state-of-the-art technologies in medical image processing and visualization. The goal of this thesis is to create an automated method for the standardized visualization of cerebral arteries in stroke patients in order to allow visual indications of problematic areas as well as straightforward inter-patient comparisons. Prior to the visualization, this work offers a solution for the extraction of the CoW from Time-of-Flight Magnetic Resonance Angiography (TOF-MRA) images. An enumeration technique for the labeling of the segments is therefore suggested. Furthermore, it proposes a method for the detection of the CoW's main supplying arteries by analyzing the coronal, sagittal and transverse image planes of the volume. This work gives a comprehensive account of the entire pipeline that is required to extract the arteries in the CoW and to build a model for the standardized visualization. The final goal of this thesis is to create an effective display of the arteries based on a radial tree layout. The feasibility of the visual quantification method is tested in a study of 63 TOF-MRAs. With the proposed methodology applied to the subjects, the results were compared to the findings from radiologists. The obtained results demonstrate that the proposed techniques are effective in detecting the arteries of the CoW. Finally, we focused our methods on the identification of the main arteries.

Enfant âgé de 10 ans, sans antécédents particuliers, qui présente une baisse d'acuité visuelle progressive évoluant depuis 3mois, chez qui l'examen du fond d'œil montre une maculopathie au niveau des deux yeux donnant un aspect de fibrose (A, B). Une angiographie à la fluorescéine a montré, au niveau de l'œil droit une trainée d'hyper fluorescence entourant une zone d'hypo fluorescence confirmant l'aspect de fibrose observé au fond d'œil (C), au niveau de l'œil gauche une hyper fluorescence limitée à la lésion, dès le temps précoce qui augmente progressivement d'intensité jusqu'au temps tardif, irrégulière au centre, évoquant une néo vascularisation (D). La tomographie par cohérence optique montre au niveau de l'œil droit un œdème maculaire, un décollement de l'épithélium pigmentaire avec dédoublement du complexe membrane de Bruch / épithélium pigmentaire centré par une zone d'hyper réflectivité (E), au niveau de l'œil gauche un œdème maculaire avec un épaississement irrégulier intéressant les couches de l'épithélium pigmentaire, avec une hyper réflectivité confirmant d'emblée la néo vascularisation observée à l'angiographie (F). Une enquête familiale a été ouverte à la recherche d'une dystrophie maculaire héréditaire. L'examen du père et de la sœur a trouvé au niveau des deux yeux, une maculopathie d'aspect vitelliforme, ce qui est en faveur d'une transmission autosomique dominante. Devant cette maculopathie familiale, et le bilan inflammatoire et infectieux jusque-là normal on a évoqué le diagnostic d'une dystrophie maculaire juvénile de Best.

Cerebral aneurysm is a fragile area on the wall of a blood vessel in the brain, which can rupture and cause major bleeding and cerebrovascular accident. The segmentation of cerebral aneurysm is a primordial step for diagnosis assistance, treatment and surgery planning. Unfortunately, manual segmentation is still an important part in clinical angiography but has become a burden given the huge amount of data generated by medical imaging systems. Automatic image segmentation techniques provides an essential way to easy and speed up clinical examinations, reduce the amount of manual interaction and lower inter operator variability. The main purpose of this PhD work is to develop automatic methods for cerebral aneurysm segmentation and measurement. The present work consists of three main parts. The first part deals with giant aneurysm segmentation containing lumen and thrombus. The methodology consists of first extracting the lumen and thrombus using a two-step procedure based on the LBM, and then refining the shape of the thrombus using level set technique. In this part the proposed method is also compared with manual segmentation, demonstrating its good segmentation accuracy. The second part concerns a LBM approach to vessel segmentation in 2D+t images and to cerebral aneurysm segmentation in 3D medical images through introducing a LBM D3Q27 model, which allows achieving a good segmentation and high robustness to noise. The last part investigates a true 4D segmentation model by considering the 3D+t data as a 4D hypervolume and using a D4Q81 lattice in LBM where time is considered in the same manner as for other three dimensions for the definition of particle moving directions in the LBM model.; L'anévrisme cérébral est une région fragile de la paroi d'un vaisseau sanguin dans le cerveau, qui peut se rompre et provoquer des saignements importants et des accidents vasculaires cérébraux. La segmentation de l'anévrisme cérébral est une étape primordiale pour l'aide au diagnostic, le traitement et la planification chirurgicale. Malheureusement, la segmentation manuelle prend encore une part importante dans l'angiographie clinique et elle est devenue couteuse en temps de traitement étant donné la gigantesque quantité de données générées par les systèmes d'imagerie médicale. Les méthodes de segmentation automatique d'image constituent un moyen essentiel pour faciliter et accélérer l'examen clinique et pour réduire l'interaction manuelle et la variabilité inter-opérateurs. L'objectif principal de ce travail de thèse est de développer des méthodes automatiques pour la segmentation et la mesure des anévrismes. Le présent travail de thèse est constitué de trois parties principales. La première partie concerne la segmentation des anévrismes géants qui contiennent à la fois la lumière et le thrombus. La méthode consiste d'abord à extraire la lumière et le thrombus en utilisant une procédure en deux étapes, puis à affiner la forme du thrombus à l'aide de la méthode des courbes de niveaux. Dans cette partie, la méthode proposée est également comparée à la segmentation manuelle, démontrant sa bonne précision. La deuxième partie concerne une approche LBM pour la segmentation des vaisseaux dans des images 2D+t et de l'anévrisme cérébral dans les images en 3D. La dernière partie étudie un modèle de segmentation 4D en considérant les images 3D+t comme un hypervolume 4D et en utilisant un réseau LBM D4Q81, dans lequel le temps est considéré de la même manière que les trois autres dimensions pour la définition des directions de mouvement des particules dans la LBM, considérant les données 3D+t comme un hypervolume 4D et en utilisant un réseau LBM D4Q81. Des expériences sont réalisées sur des images synthétiques d'hypercube 4D et d'hypersphere 4D. La valeur de Dice sur l'image de l'hypercube avec et sans bruit montre que la méthode proposée est prometteuse pour la segmentation 4D et le débruitage.

A C-arm is an X-ray imaging device used for minimally invasive interventional radiology procedures. Most modern C-arm systems are capable of rotating around the patient while acquiring radiographic images, from which a 3D reconstruction can be performed. This technique is called C-arm computed tomography (C-arm CT) and is used in clinical routine to image static organs. However, its extension to imaging of the beating heart or the free-breathing thorax is still a challenging research problem. This thesis is focused on human cardiac C-arm CT. It proposes several new reconstruction methods and compares them to the current state or the art, both on a digital phantom and on real data acquired on several patients. The first method, ECG-gated Iterative FDK deconvolution, consists in filtering out the streak artifacts from an ECG-gated FDK reconstruction in an iterative deconvolution scheme. It performs better than existing deconvolution-based methods, but it is still insufficient for human cardiac C-arm CT. Two 3D reconstruction methods based on compressed sensing are proposed: total variation-regularized 3D reconstruction and wavelets-regularized 3D reconstruction. They are compared to the current state-of-the-art method, called prior image constrained compressed sensing (PICCS). They exhibit results that are similar to those of PICCS. Finally, two 3D+time reconstruction methods are presented. They have slightly different mathematical formulations but are based on the same principles: using a motion mask to restrict the movement to the area containing the heart and the aorta, and enforcing smoothness of the solution in both space and time. One of these methods outperforms PICCS by producing results that are sharper and more consistent throughout the cardiac cycle; Un C-arm est un appareil d’imagerie médicale par rayons X utilisé en radiologie interventionnelle. La plupart des C-arms modernes sont capables de tourner autour du patient tout en acquérant des images radiographiques, à partir desquelles une reconstruction 3D peut être effectuée. Cette technique est appelée angiographie rotationnelle et est déjà utilisée dans certains centres hospitaliers pour l’imagerie des organes statiques. Cependant son extension à l’imagerie du cœur ou du thorax en respiration libre demeure un défi pour la recherche. Cette thèse a pour objet l’angiographie rotationnelle pour l’analyse du myocarde chez l’homme. Plusieurs méthodes nouvelles y sont proposées et comparées à l’état de l’art, sur des données synthétiques et des données réelles. La première de ces méthodes, la déconvolution par FDK itérative synchronisée à l’ECG, consiste à effacer les artéfacts de stries dans une reconstruction FDK synchronisée à l’ECG par déconvolution. Elle permet d’obtenir de meilleurs résultats que les méthodes existantes basées sur la déconvolution, mais reste insuffisante pour l’angiographie rotationnelle cardiaque chez l’homme. Deux méthodes de reconstruction 3D basées sur l’échantillonnage compressé sont proposées : la reconstruction 3D régularisée par variation totale, et la reconstruction 3D régularisée par ondelettes. Elles sont comparées à la méthode qui constitue l’état de l’art actuel, appelé « Prior Image Constrained Compressed Sensing » (PICCS). Elles permettent d’obtenir des résultats similaires à ceux de PICCS. Enfin, deux méthodes de reconstruction 3D+temps sont présentées. Leurs formulations mathématiques sont légèrement différentes l’une de l’autre, mais elles s’appuient sur les mêmes principes : utiliser un masque pour restreindre le mouvement à la région contenant le cœur et l’aorte, et imposer une solution régulière dans l’espace et dans le temps. L’une de ces méthodes génère des résultats meilleurs, c’est-à-dire à la fois plus nets et plus cohérents dans le temps, que ceux de PICCS

Background: While adiposity is a well-established risk factor for cardiovascular disease, the association between adiposity and cerebrovascular disease is not entirely understood. For example, common methods to quantify body fat volume such as body mass index, waist circumference and waist-to-hip ratio are not suitable to identify the complex distribution patterns of body fat and its relation to cerebrovascular pathology. In view of a better understanding of the association between fat distribution and cerebrovascular disorders, the aim of the study was to perform measurements of body fat distribution patterns and body fat volumes in correlation to arteriosclerosis of the brain-feeding arteries and white matter lesion load (WMLL). Methods: In this study we performed a magnetic resonance imaging (MRI)-based volumetric differential analysis of subcutaneous and visceral body fat distribution in 25 patients with MRI-proven hyperacute ischemic stroke. For the measurement of adipose tissue volume and tissue distribution automatic labeling analysis software was used. A correlation analysis of MRI volumetric measurements of subcutaneous and visceral body fat, atherosclerotic plaque load of the brain-feeding arteries measured by computed tomography angiography, and WMLL measured by MRI volumetry of the whole brain was performed. Results: The normalized total abdominal adipose tissue and the normalized subcutaneous abdominal adipose tissue showed no significant correlation with either WMLL or total plaque volume. In contrast, the normalized visceral adipose tissue showed a significant correlation with WMLL volume. Visceral adipose tissue as a percentage of total adipose tissue showed a significant correlation with WMLL. In particular, the percentage of visceral adipose tissue rather than total body fat volume strongly correlated with atherosclerosis and ischemic cerebral lesions. Furthermore, the volume of both soft and calcified plaques correlated significantly with WMLL. Conclusions: Our results contribute to existing studies about the association of different patterns of fat distribution with atherosclerosis of the brain-feeding arteries, in particular highlighting the importance of visceral adiposity as a risk factor for cerebrovascular disease. The percentage of visceral adipose tissue in total adipose tissue has the potential of a sensitive parameter and might become a relevant new epidemiological marker, showing highly significant correlations with well-established markers of cerebrovascular disease. In conclusion, the percentage of visceral adipose tissue by itself has to be regarded as a risk factor for both small vessel cerebrovascular disease and cerebral atherosclerosis of the large-to-medium-sized arteries. © In Copyright http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, publishedVersion

A new Multi-channel ionization chamber which can be filled with noble gasses N2, Ar and Xe with controlled inner pressure up to 30 bar is build. The detector is a part of the experimental setup used in the k-edge digital subtraction angiography project, which will be used for correcting the angiography images taken by another detector at the same time. In this work the space charge effect is measured with very high synchrotron photons intensity from EDR beam line at BESSYII. Time response measurement is carried out by filling the chamber with different gasses pressure of argon methane mixture of (90%:10%) and pure nitrogen gas, using a lead slit chopper for pulsating the incoming synchrotron beam. The output current signal is measured with tuning the applied high voltage from recombination regime up to saturation regime. The numerical simulation is applied to understand the effect of the space charge, recombination effects and the charge dynamics behavior inside the ionization chamber.

The motivation of this work is filtering of elongated curvilinear objects in digital images. Their narrowness presents difficulties for their detection. In addition, they are prone to disconnections due to noise, image acquisition artefacts and occlusions by other objects. This work is focused on thin objects detection and linkage. For these purposes, a hybrid second-order derivative-based and morphological linear filtering method is proposed within the framework of scale-space theory. The theory of spatially-variant morphological filters is discussed and efficient algorithms are presented. From the application point of view, our work is motivated by the diagnosis, treatment planning and follow-up of vascular diseases. The first application is aimed at the assessment of arteriovenous malformations (AVM) of cerebral vasculature. The small size and the complexity of the vascular structures, coupled to noise, image acquisition artefacts, and blood signal heterogeneity make the analysis of such data a challenging task. This work is focused on cerebral angiographic image enhancement, segmentation and vascular network analysis with the final purpose to further assist the study of cerebral AVM. The second medical application concerns the processing of low dose X-ray images used in interventional radiology therapies observing insertion of guide-wires in the vascular system of patients. Such procedures are used in aneurysm treatment, tumour embolization and other clinical procedures. Due to low signal-to-noise ratio of such data, guide-wire detection is needed for their visualization and reconstruction. Here, we compare the performance of several line detection algorithms. The purpose of this work is to select a few of the most promising line detection methods for this medical application, Le but de ce travail est de filtrer les objets fins et curvilinéaires dans les images numériques. Leur détection est en soit difficile du fait de leur finesse spatiale. De plus, le bruit, les artefacts de l'acquisition et les occlusions induites par d'autres objets introduisent des déconnexions. De ce fait, la reconnection des objets fins est également nécessaire. Dans ce but, une méthode hybride à base de dérivés secondes et de filtrage linéaire morphologique est proposée dans le cadre de la théorie espace-échelle. La théorie des filtres morphologiques spatialement variants et des algorithmes sont présentés. Du point de vue applicatif, notre travail est motivé par le diagnostic, la planification du traitement et le suivi des maladies vasculaires. La première application étudie les malformations artero-veineuses (MAV) dans le cerveau. L'analyse de telles données est rendue difficile par la petite taille, la complexité des vaisseaux couplés à diverses sources de bruit et à leur topologie, sans compter les artefacts d'acquisition et l'hétérogénéité du signal sanguin. Ainsi, nous nous sommes intéressés à l'amélioration et la segmentation des images angiographiques cérébrales dans le but d'aider à l'étude des MAVs cérébrales. La seconde application concerne le traitement des images en rayons X à faible dose utilisées en radiologie interventionelle dans le cas de l'insertion de guides dans les vaisseaux sanguins des patients. De telles procédures sont utilisées dans les traitements des anévrismes, des obstructions de tumeurs et d'autres procédures similaires. Dû au faible ratio signal à bruit, la détection des guides est indispensable pour leurs visualisations et leurs reconstructions. Dans ce travail, nous comparons la performance des algorithmes de filtrage d'objets linéiques. Le but étant de sélectionner les méthodes de détection les plus prometteuses dans le cadre de cette application médicale. La seconde application concerne le traitement des images X-ray à faible dose utilisées en radiologie interventionelle dans le cas d'insertion de guides dans les vaisseaux de patients. De telles procédures sont utilisées dans les traitements des anévrysmes, obstructions des tumeurs et d'autres procédures. Dû au faible ratio du signal-bruit, la détection des guides est indispensable pour leurs visualisations et leurs reconstructions. Dans ce travail, nous comparons la performance des algorithmes de filtrage d'objets linéaires. Le but est de sélectionner les méthodes de détection les plus prometteuses dans le cadre de cette application médicale