Search

International audience; Motivated by medical needs, we propose to simulate lung deformation and motion during respiration to track tumours. This paper presents a model of lung behaviour based on a continuous media mechanics model and solved with a finite element method. The result is a simulation of a normal breathing, matching with patient customised data. Moreover, we carried out numerical experiments to evaluate our algorithms and to measure the influence and the relevance of mechanical parameters.

In this thesis we aimed to develop methods for the realistic simulation of the mitral valve behavior using image-based geometry. To achieve this goal, the segmentation of valve components was guided by the nature of the chosen biomechanical model. Methods for the valve components segmentation and their integration into the model have been proposed. We focused on automatic chordae extraction as it would improve the simulation reproducibility on various data examples, and thus help to advance towards patient-based clinical applications. The procedure proposed for the automatic extraction of the chordae consists of three steps. First, the segmentation of the chordae is obtained with the method based on the topological properties of the structures. Then, the representation of the geometry in a form of trees of connected line segments is extracted using the tracking approach combined with the local fitting of a cylindrical model. In order to make the geometry resulting from these methods consistent with the biomechanical model, the final stage of the chordae structure optimization is applied. In particular, the optimization makes it possible to reduce slack in the chordae and to correct false topological configurations by taking into account mechanical and anatomical considerations associated with image data. We have proposed a validation metric for the segmentation results based on the graph similarity. With this metric correspondences between the chordae obtained with our automatic method and those resulting from the manual segmentation are defined, as well as the quality of the segmentation is assessed.We then demonstrated the application of the extracted chordae geometry in the biomechanical simulation of the closed valve state. The consistency of the reproduced behavior was verified by comparing the results obtained with the chordae from our automatic procedure and the ground truth chordae. The bulging volume and the mechanical stress distribution have been used as quantitative criteria. The coherence of the simulation was also analyzed on a modeled pathological case with ruptured chordae.; Dans cette thèse nous avons proposé des méthodes pour la simulation réaliste du comportement de la valve mitrale en inférant sa géométrie à partir d'images. Afin de réaliser cet objectif, la segmentation des composants de la valve a été guidée par la nature du modèle biomécanique choisi.Des méthodes pour la segmentation des composants de la valve et leurs intégration dans le modèle ont été proposées. Nous nous sommes concentrés sur l'extraction automatique des cordages, car cela permettrait d'améliorer la reproductibilité de la simulation et ainsi d'avancer vers des applications cliniques basées patient. La procédure proposée pour l'extraction automatique des cordages comporte trois étapes. Premièrement, la segmentation des cordages utilise les propriétés topologiques des structures. Ensuite, la représentation de la géométrie sous la forme d'arbres de segments de droite connectés est extraite en utilisant une approche de type suivi couplée avec l'ajustement local d'un modèle cylindrique. Afin de rendre la géométrie obtenue conforme au modèle biomécanique, une étape finale d'optimisation de la structure des cordages est effectuée. Elle vise notamment à réduire le mou des cordages et de corriger certaines fausses configurations topologiques en prenant en compte des considérations mécaniques et anatomiques ainsi que les données d'image.Nous avons proposé une métrique de validation des résultats de la segmentation basée sur la similarité de graphes. Elle permet de définir des correspondances entre les cordages obtenus avec notre méthode automatique et ceux provenant de la segmentation manuelle, ainsi que d'évaluer la qualité de la segmentation.Nous avons ensuite utilisé la géométrie des cordages extraite pour la simulation biomécanique de l'état fermé de la valve. La cohérence du comportement reproduit a été vérifié en comparant les résultats obtenus avec les cordages issus de notre procédure automatique et les cordages de la vérité terrain. Le volume du gonflement des feuillets et la distribution de la contrainte mécanique ont été utilisés comme critère d'évaluation. La conformité de la simulation a été également analysée sur un cas pathologique modélisé avec des cordages rompus.