Academic literature on the topic 'Artères cérébrales – imagerie diagnostique'

L’instabilité émotionnelle est fréquente à l’adolescence et peut parfois être considérée comme un trouble de l’humeur subsyndromique. Or, les tableaux subsyndromiques de manie ou de dépression à l’adolescence évoluent souvent vers des troubles de l’humeur. Nous avons recherché, chez des adolescents « subsyndromiques », s’il existait des modifications cérébrales voisines de celles retrouvées dans les troubles de l’humeur avérés. Les participants étaient tous issus de la cohorte IMAGEN qui a rassemblé des données de plus de 2000 adolescents européens scolarisés en classes de 4e et 3e. Ils avaient été examinés en imagerie cérébrale anatomique (IRM T1 et de diffusion) et évalués par un entretien diagnostique informatisé permettant l’évaluation d’éventuels symptômes. Une première étude a comparé la microstructure de la substance blanche et le volume de substance grise chez des participants présentant des symptômes bipolaires maniaques subsyndromiques comparés à des adolescents pris comme témoins. Une deuxième étude a été menée chez des adolescents ayant des symptômes subsyndromiques de dépression. L’analyse des images a mis en évidence chez les adolescents à bipolarité subsyndromique des variations de la microstructure de la substance blanche dans plusieurs faisceaux en cours de maturation, et un moindre volume de substance grise dans des régions du cerveau contribuant à la régulation émotionnelle. Chez les adolescents « subdéprimés », des modifications étaient également présentes dans le réseau fronto-striatal. Pour la première fois, des modifications de la structure cérébrale de régions impliquées dans les troubles de l’humeur ont été mises en évidence chez des adolescents scolarisés ayant des symptômes subsyndromiques. Ces résultats suggèrent des particularités de maturation cérébrale à l’adolescence qui pourraient entraîner une vulnérabilité aux troubles de l’humeur.

Ces travaux de thèse portent sur l'application du Doppler Ultrarapide à l'imagerie du réseau vasculaire cérébral. Tout d'abord nous avons augmenté sensibilité et robustesse face aux artefacts grâce à une nouvelle technique de traitement du signal basée sur la décomposition en valeurs singulières pour supprimer le signal de tissu. Ensuite, ce gain en sensibilité a été mis à profit dans le développement d'une méthode de reconstruction 3D des réseaux vasculaires baptisée UFD-T (pour tomographie par Doppler Ultrarapide). Cette technique été appliquée à l'imagerie du réseau vasculaire des tumeurs chez un modèle murin et du cerveau chez le rat. Le Doppler ultrarapide permet aussi une quantification précise des vitesses en tout point du champ de vue. Cela a été mis à profit pour construire une cartographie paramétrique de la résistivité vasculaire par Doppler Ultrarapide et révéler les anormalités hémodynamiques cérébrales dans un modèle de réanimation après arrêt cardiaque chez le lapin, avec ou sans hypothermie thérapeutique ultrarapide après cette réanimation. Chez le nouveau-né, le Doppler Ultrarapide permet d'une part une description anatomique des vaisseaux cérébraux de bien meilleure qualité que le Doppler couleur conventionnel, et d'autre part la cartographie de la résistivité cérébrale. Enfin, nous avons pu obtenir de premiers résultats en imagerie fonctionnelle sur le nouveau-né, notamment au cours de crise épileptiques. Ces travaux montrent qu'en changeant légèrement la pratique radiologique de l'imagerie ultrasonore, celle-ci pourrait devenir une modalité de suivi et d'exploration fonctionnelle en réanimation néonatale et en pédiatrie au même titre que l'EEG
This thesis focus on the application of Ultrafast Doppler to the imaging of vascular networks and particularly to the cerebral network. First, we made it even more sensitive and robust against motion artefacts with a new signal processing approach based on singular value decomposition to remove clutter signal. Then we made the most of this gain in sensitivity by developing a 3D reconstruction technique of the vascular networks called Ultrafast Doppler Tomography (UFD-T) This technique has first been used to image the development of tumor blood vessels in a murine model, and showed quantitative structural data could be extracted. Then this technique enabled the reconstruction of the vascular architecture in the brain of rats. Ultrafast Doppler enables als( to quantify blood flow speeds in any location of the field of view. This was used to build a parametric mapping of the vascular resistivity via Ultrafast Doppler and to reveal the cerebral hemodynamic abnormality in a resuscitation model after cardiac arrest in the rabbit, with and without ultrafast hypothermia after resuscitation. Ultrafast Doppler has also been applied to the neonate brain, enabling on the one hand an anatomic delineation of vessel with higher quality than conventional Color Doppler, on the other hand the mapping of cerebral resistivity. Last but not least, we were able to obtain the first results in neonate functional imaging, in particular during epileptic seizures. This work shows that by slightly changing radiological practice for ultrasonic imaging, it could become a modality for functional studies and patient monitoring in pediatrics and neonatal intensive care units

Ce travail porte sur le calcul de plus courts chemins en vision par ordinateur, et plus particulièrement sur son application en imagerie médicale. Après une introduction générale aux problèmes de plus courts chemins discrets et continus, nous présentons une version unifiée des algorithmes de type fast-marchings, ainsi qu'une preuve de convergence dans un cas général. Nous proposons ensuite une application à la segmentation de structures tubulaires dans des images bi-dimensionnelles - permettant intrinsèquement de détecter le centre et le rayon de la structure en reformulant le problème comme un problème de plus courts chemins en dimension 4. Nous démontrons la précision et la robustesse de cette méthode sur des exemples réels et synthétiques. Ce formalisme est appliqué à la segmentation en imagerie optique corticale à partir de l'information de flot et étendu pour la segmentation de réseaux complets. Enfin, nous proposons une application des plus court chemins à l'analyse de données issues d'IRM de diffusion à haute résolution angulaire (HARDI), permettan entre autres la segmentation de faisceaux de fibres réputés difficiles
This thesis tackles the issue of the computation of shortest path in computer vision, and some of its applications to medical imaging. After a general introduction to shortest paths problems - both discrete and continuous - we present a unified version of fast-marching algorithms, as well as a convergence proof in a general case. We then apply it to the segmentation of tubular structures in 2D images - leading to an algorithm that can retrieve both centerline and radius of the structures. We demonstrate the accuracy and the robustness of our method on several real and synthetic images. We also apply this framework to flow-based segmentation of vessels in cortical optical imaging , and extend it to the segmentation of full networks. Finally, we propose to apply shortest paths computation to the analysis of high angular resolution diffusion MRI daja (HARDI), allowing the segmentation of difficult fibers bundles

Les trente dernières années ont connu un essor considérable des systèmes d'investigation médicaux et de l'imagerie médicale en particulier. De nouvelles modalités sont apparues et des techniques éprouvées se sont considérablement améliorées devenant plus précises et moins invasives. Dans ce contexte, les médecins utilisent bien souvent plusieurs de ces techniques pour remédier aux limitations intrinsèques de chacune d'entre elles. C'est pourquoi des méthodes de recalage ont été développées pour permettre la mise en correspondance et la fusion de ces diverses sources d'informations souvent complémentaires. Nous disposons de différentes modalités d'imagerie cérébrale d'un même patient décrivant d'une part l'anatomie (IRM) et d'autre part l'activité fonctionnelle (médecine nucléaire de type SPECT). Dans notre cas d'étude, l'ensemble de ces examens est réalisé sans aucun marqueur externe. L'objectif de ce travail est donc de recaler de façon rigide ces deux modalités en se basant sur les propriétés intrinsèques du cerveau et s'appliquant à des cas cliniques très difficiles non traités jusqu'à présent dans la littérature. C'est pourquoi dans une première étape nous décrivons notre méthode permettant de recaler des images sévèrement pathologiques présentant un manque d'information important. Nous exposons ensuite le cas d'images fonctionnelles de type neurotransmission présentant une fixation très diffuse ne permettant pas la détection a priori d'invariants utilisables pour le recalage. L'ensemble de notre méthode est basé sur la segmentation floue des images et la mise en œuvre d'un processus de détection possibiliste de forme accompagnée ou non d'une régularisation par diffusion anisotrope. Le recalage est ensuite réalisé en détectant des invariants d'orientation sur les deux modalités.

La première étape de cette Thèse était de créer un atlas probabiliste du cerveau néonatal comprenant un atlas 'template' et des modèles probabilistes du cerveau, du liquide cérébro-spinal (CSF) et du crâne. L'atlas est basé sur les images IRM T1 en haute résolution de 7 patients d’âge gestationnel compris entre 39 et 42 semaines. L'atlas 'template' a été évalué par la détermination de la déviation de points de repère anatomiques caractéristiques et la somme total de déformation locale nécessaire pour la normalisation des tissus cérébraux en fonction d’une image néonatale de référence. Dans la deuxième partie, nous avons construit un simulateur d’images IRM cérébrales néonatales à partir de notre fantôme 3D néonatal numérique. Ce fantôme est composé de 9 types tissulaires différents: scalpe, crâne, graisse, muscle, dure-mère, substance grise, substance blanche, myelinisée et non-myelinisée et liquide cérébrospinal. Le fantôme numérique a été utilisé pour caractériser les intensités des signaux pour simuler ensuite les images IRM. Les images simulées avec une dégradation bien contrôlée peuvent servir comme données d'évaluation pour des méthodes d'analyse des images IRM néonatales, tel que des algorithmes de segmentation et/ou d’acquisition. Dans la dernière partie, nous avons développé une méthode de segmentation tissulaire automatique pour les IRM néonatales. Dans cette étude, nous avons appliqué un algorithme basé sur un atlas permettant la segmentation du crâne, du cerveau, et du CSF chez le nouveau-né à partir des images IRM 3D en T1. Nous avons utilisé la méthode de segmentation basée sur l'algorithme EM et la chaîne aléatoire de Markov qui est implémentée et utilisée dans l'outil SPM et sa boîte à outils VBM en conjonction avec notre atlas probabiliste, qui est utilisé pour constituer des informations a priori. Les résultats démontrent que notre méthode permet de segmenter avec une grande précision le cerveau, le CSF et le crâne des IRM néonatales
In this thesis, as the first step, we created a neonatal brain probabilistic atlas consisting of atlas template and probabilistic models for brain, cerebrospinal fluid (CSF) and skull. The atlas is created based on high resolution T1 Magnetic Resonance images of 7 individuals with gestational ages between 39 and 42 weeks at date of examination. The atlas template was evaluated by i) determining the deviation of characteristic anatomical landmarks and ii) the total amount of local deformation needed for the different brain tissues to meet the normalized neonatal image. In the second part of the thesis, we constructed a neonatal cerebral MR image simulator based on our created 3D digital neonatal neurocranial phantom. The created neonatal brain phantom consists of 9 different tissue types: scalp, skull, fat, muscle, dura mater, gray matter, myelinated white matter, non-myelinated white matter and CSF. The digital phantom was used to map simulated nuclear magnetic resonance signal intensities to simulate MR images of the newborns' head. The simulated images with controlled degradation of image data may serve as an evaluation data set for evaluating neonatal MRI analysis methods, e. G. Segmentation/registration algorithms. In the last part of this thesis, we developed an automatic tissue segmentation method for newborn brains from magnetic resonance images. We applied an atlas based algorithm for brain, CSF and skull segmentation of the newborns from 3D T1 weighted MR images. We used the segmentation method based on EM algorithm and Markov random filed which is implemented in SPM toolbox and its VBM toolbox in conjunction with our created probabilistic atlas as prior information. The results demonstrate that our method realizes a tool capable to segment reliably brain, CSF and skull from MRI of neonates

Le segment M1 de l'Artère Cérébrale Moyenne (ACM) a été largement décrit à travers les travaux de microdissection. Il est à l'origine de branches collatérales destinées à la vascularisation des noyaux de la base et du cortex hémisphérique. Fréquemment impliqué dans le mécanisme des accidents vasculaires cérébraux, son exploration en imagerie a toujours été d'un intérêt majeur. L'angiographie par résonance magnétique (ARM) et l'écho-doppler-couleur transcrânien (EDCT) sont des techniques adaptées à son exploration. Il nous a semblé utile d'évaluer l'apport de ces techniques dans la connaissance des caractéristiques anatomiques du segment M1. Notre travail a porté sur 50 patients. L'exploration du segment M1 a été réalisée en ARM 3-T et EDCT. Le trajet, le type de division et les branches corticales précoces du segment M1 ont été définis. Les principaux résultats ont été comparés aux données de la littérature. Le trajet et le mode de division du segment M1 ont été définis en EDCT et comparés à ceux obtenus en l'ARM. En ARM 3-T, dans une majorité de cas, le segment M1 était divisé en 2 troncs. Sa longueur moyenne était de 23 mm et des branches corticales précoces en étaient issues (54 %). Les principaux résultats de notre travail confirment les données des travaux de microdissection. En EDCT le trajet et le type de division ont été déterminés dans de bonnes conditions. Dans près de 75 % des cas, le mode de division était bipode. Dans 67 % des cas, il existait une concordance entre les 2 techniques. Notre étude montre qu'il est maintenant possible de réaliser des travaux anatomiques en ARM 3-T et en EDCT dans des conditions proches de celles des travaux de microdissection
The M1 segment of the Middle Cerebral Artery (MCA) has been thoroughly explored through studies in microdissection. Is it a the root of collateral branches leading to the vascularisation of nuclei inside and at the base of the hemispheric cortex. Often involved when strokes occur, it has always been of major interest in imaging research. Angiography by Magnetic Resonance (AMR) and the Transcranial Color Echo-Doppler (TCED) are techniques which are adapted to its exploration. It seemed to us to be useful for evaluate the contribution of these techniques to knowledge of anatomic characteristics in the M1 segment. Out work focused on 50 patients. Exploration of the M1 segment was carried out with 3-T AMR and TCED. The route, type of division and the early cortical branches of the M1 segment were defined. The main results were compared to data in the literature. The route and mode of the division of the M1 segment were defined with TCED and compared to those obtained with AMR. With 3-T AMR, the M1 segment divided into two trunks in the majority of cases. The average length was 23 mm and the early cortical branches came out fo it (54 %). The main results of our work confirm the data in work on microdissection. In TCED the route and type of division were determined in good conditions. In almost 75 % of cases, the division mode was bipode. In 67 % of cases, compatibility between the 2 techniques was observed. Our study shows that it is now possible to carry out anatomical studies with 3-T AMR and with TCED in conditions which are similar to those for research in microdissection

La maladie des petites artères cérébrales (MPAC) constitue une étiologie importante d’accident vasculaire cérébral (AVC), de déclin cognitif et de démence. Les marqueurs en imagerie par résonance magnétique (IRM) de MPAC comprennent les hypersignaux de la substance blanche (HSB), les infarctus lacunaires (IL), les microsaignements (MS) et les espaces dilatés périvasculaires (EdPV). Une revue systématique et méta-analyse incluant plus de 16,000 participants a permis de mieux caractériser l’association des HSB, IL et MS avec le risque d’AVC et de démence, ainsi que leurs sous-types, et la mortalité. En raison de données limitées sur les EdPV dans cette revue systématique, nous avons étudié l’association entre les EdPV et le risque incident d’AVC au sein de la cohorte 3C-Dijon en population générale et avons mis en évidence une association significative des EdPV, en particulier au niveau des noyaux gris centraux et de l’hippocampe, avec le risque incident d’AVC, surtout hémorragique. Nous avons ensuite estimé l’héritabilité des EdPV à partir de génotypes pangénomiques, mettant en évidence une héritabilité plus élevée que pour les autres marqueurs IRM de MPAC, notamment pour les EdPV au niveau de la substance blanche. Dans un second temps, nous avons réalisé une méta-analyse d’études d’associations génétiques pangénomiques (GWAS) des EdPV qui nous a permis d’identifier 2 loci significativement associés au seuil pangénomique avec une sévérité plus importante des EdPV au niveau de la substance blanche. Ces associations orientent vers des gènes impliqués dans le développement cérébral, le fonctionnement des vaisseaux cérébraux et la tumorigenèse. Nous avons mis en évidence une corrélation génétique significative entre les EdPV au niveau des noyaux gris centraux et les AVC (tout type) et les AVC ischémiques. Enfin, nous avons étendu ces recherches à la cohorte Nagahama en population générale japonaise afin de (i) comparer la reproductibilité des 3 principales échelles visuelles de quantification des EdPV dans cette cohorte, et (ii) de réaliser un GWAS des HSB en population japonaise, qui a permis de confirmer dans cette population le locus du chr17q25.1 et d’identifier de nouveaux loci associés avec le volume d’HSB dans différentes régions du cerveau. En conclusion, nous avons apporté de nouveaux éléments sur la signification clinique des marqueurs IRM de MPAC, en particulier les EdPV, et sur les déterminants génétiques des marqueurs IRM de MPAC, avec une première estimation de l’héritabilité et une première méta-analyse de GWAS des EdPV, et un premier GWAS des HSB en population japonaise
Cerebral small vessel disease (cSVD) is a major cause of stroke, cognitive impairment and dementia. Magnetic resonance imaging (MRI) markers of cSVD comprise white matter hyperintensities (WMH), MRI-defined lacunes of presumed vascular origin (Lac), cerebral microbleeds (CMB) and dilated perivascular spaces (dPVS). A systematic review and meta-analysis on > 16,000 participants enabled to characterize the association of WMH, BI and CMB with risk of stroke and dementia, as well as their subtypes, and with mortality. Because of limited data on dPVS, we examined the longitudinal relationship of dPVS burden with incident stroke risk in the population-based 3C-Dijon study, and found a significant association between dPVS burden, especially in basal ganglia and hippocampus, and incident risk of any stroke and intracerebral hemorrhage. We then explored the heritability of dPVS burden using genome-wide genotypes and found highest heritability for dPVS burden compared with other MRI-markers of cSVD, especially in the white matter. Second we conducted a genome-wide association study (GWAS) meta-analysis of dPVS burden and identified two genome-wide significant loci associated with extensive dPVS burden in the white matter, implicated in brain development, brain vascular function and oncogenesis. We found significant genetic correlation of dPVS burden in basal ganglia with all stroke and ischemic stroke. Finally, we conducted an extension of this work in the Japanese Nagahama population-based study to: (i) compare the reproducibility of three dPVS visual rating scales (ii) conduct the first GWAS of WMH volume in a Japanese cohort, confirming the chr17q25.1 locus and identifying new loci associated with regional WMH volume. In conclusion, we provide novel information on the clinical significance of MRI-markers of cSVD, especially dPVS, and new insight into the genetic contribution to MRI-markers of cSVD, by conducting the first heritability assessment and GWAS meta-analysis of dPVS burden, and the first GWAS of WMH volume in a Japanese population

Afin de détecter et de rehausser l'information dans des séquences d'images cérébrales vasculaires en IRM, en vue de mettre en évidence le mouvement des artères cérébrales lié aux battements cardiaques, des techniques de réalignement et d'agrandissement d'images par interpolation corroborées à la soustraction d'images sont proposées. L'algorithme de réalignement ZSRTSR (Zoom, Scaling, Rotation, Translation, Similarity test, Reformatting), employé pour les séquences SPGR par synchronisation cardiaque, comprend : (1) des transformations géométriques faites par l'intermédiaire du zoom, l'information étant calculée à l'échelle de sous-pixel, (2) une mise en échelle, nécessaire pour corriger les artefacts générés par le manque de calibrage du gradient de lecture, (3) une standardisation de l'échelle d'intensités perturbée par la transition vers l'état d'équilibre dynamique du signal RM, (4) des optimisations (approche multi-échelle) en vue de réduire le temps de calcul. La précision du réalignement peut aller jusqu'au quart de pixel. L'algorithme d'agrandissement d'images par convolution à 45° proposé respecte des critères d'invariance et assure une convolution entièrement bi-dimensionnelle. Proposé pour la fonction d'interpolation cubique, mais également applicable à d'autres fonctions d'interpolation, il apporte, par rapport aux autres techniques, des améliorations qui peuvent aller jusqu'à 25-35 %

L’augmentation de la longévité et une meilleure prise en charge des maladies cardiovasculaires entraînent un accroissement de la fréquence des maladies liées au vieillissement cérébral, les accidents vasculaires cérébraux (AVC) et la démence étant les plus fréquents. Les marqueurs IRM de vieillissement cérébrovasculaire (hypersignaux de la substance blanche [HSB], infarctus silencieux, microhémorragies) sont de forts prédicteurs d’AVC et de démence, très fréquents en population générale âgée et facilement mesurables. Nous avons étudié l’association entre des composantes du métabolisme lipidique (taux de lipides plasmatiques, génotype ε de l’Apolipoprotéine E [APOE]) et les marqueurs IRM de vieillissement cérébrovasculaire. Nous rapportons dans une revue systématique et méta-analyse que l’allèle APOEε4 est associé à un volume accru de HSB et à un risque accru de microhémorragies et que l’allèle APOEε2 est associé avec un volume accru de HSB et une fréquence plus élevée d’infarctus silencieux. Nous rapportons dans les études 3C-Dijon et EVA, que les taux croissants de triglycérides (TG) sont associés à un volume accru de HSB et à une fréquence plus élevée de lacunes (petits infarctus silencieux). Enfin nous avons exploré la signification clinique de ces associations dans l’étude 3C. Nous rapportons que des taux plus élevés de TG, LDL-cholestérol, et cholestérol total sont associés à un risque accru de démence et de ses sous-types, en population générale âgée de 74 ans à l’inclusion et suivie pendant 12 ans. Nous concluons que le métabolisme lipidique est associé aux marqueurs IRM de vieillissement cérébrovasculaire et à la démence
Increasing longevity and improved management of cardiovascular diseases has led to an increase in the frequency of age-related neurological diseases, especially stroke and dementia. MRI markers of vascular brain injury (white matter hyperintensities [WMH], silent infarcts and microbleeds) are powerful predictors of stroke and dementia, very frequent in the elderly, and can be measured easily. We studied the association between some components of lipid metabolism (plasma lipid levels, Apolipoprotein E [APOE] ε genotype) and MRI markers of vascular brain injury. We found in a systematic review with meta-analysis that the ε4 allele of the APOE gene is associated with larger WMH volume and a higher frequency of cerebral microbleeds, and that the APOEε2 allele is associated with larger WMH volume and a higher frequency of silent brain infarcts. We also report in the 3C-Dijon Study and in the EVA study that higher triglyceride levels are associated with an increased WMH volume and with a higher frequency of silent lacunar (small subcortical) brain infarcts. Finally, we investigated the clinical significance of these associations the 3C Study. We observed that higher triglycerides, LDL-cholesterol and total cholesterol levels, were associated with an increased risk of all dementia and its subtypes, in community persons aged 74 years at baseline and followed for up to 12 years. We conclude that lipid metabolism is associated with MRI-markers of cerebrovascular aging and dementia

Les malformations artérioveineuses (MAV) cérébrales sont une pathologie rare et hétérogène dont l’imagerie est complexe du fait de leur caractère dynamique et la prise en charge controversée notamment du fait des risques liés aux traitements proposés.La première partie de cette thèse porte sur l’imagerie des MAVs, axée sur une nouvelle technique, l’angiographie en 4 dimensions. Initialement, nous avons étudié sa faisabilité et validé cette technique en la comparant à l’angiographie cérébrale conventionnelle. Puis nous l’avons comparé à une autre modalité dynamique, l’angiographie par résonance magnétique en 4 dimensions, dans l’analyse des caractéristiques angio-architecturales des MAVs. Enfin, nous avons utilisé cette technique comme aide au planning pré et peropératoire dans la chirurgie des micro-MAVs.La seconde partie de cette thèse porte sur la prise en charge des patients porteurs d’une MAV dans le cadre d’études cliniques. Face à l’absence de consensus et aux hétérogénéités des pratiques sur la prise en charge de cette pathologie, la réflexion de ce travail a été conduite en plusieurs temps : un état des lieux basé sur une revue systématique des critiques faites à un essai randomisé sur les MAVs non rompues ; puis la conception d’une nouvelle étude pragmatique en soins courant, randomisée et intégrant le jugement clinique du praticien et de l’équipe multidisciplinaire ; l’évaluation de l’applicabilité de cette conception aux différentes pratiques via l’interrogation des praticiens par questionnaires ; la mise en place de cette étude multicentrique internationale TOBAS (Treatment of Brain Arteriovenous Malformation) ; et enfin, l’analyse des résultats de la phase pilote montrant la faisabilité de l’étude
Brain arteriovenous malformations (AVMs) are a rare and heterogeneous pathology. Imaging anAVM is complex because of their temporal dynamic feature. The management is controversial in particular due to the risks associated with the proposed treatments.The first part of this work is about imaging AVMs. We focused on a new technique, 4-Dimensional digital substraction angiography (4D DSA). Initially, we studied its feasibility and validated this technique in comparison with conventional cerebral angiography. Then we compared 4D DSA with another dynamic modality, 4-dimensional magnetic resonance angiography (4D MRA), in the analysis of angio-architectural characteristics of AVMs. Finally, we used this technique as a supplementary tool in the pre- and intraoperative planning of micro-AVM surgery.The second part deals with the management of AVMs patients in clinical studies. Given the lack of consensus, and the heterogeneity of practices in the management of this pathology, the conduct of this work was done in several stages: a systematic review and a critical analysis of a randomized trial recently published on unruptured brain AVMs; the design of a new pragmatic randomized trial incorporating the clinical judgment of the multidisciplinary team, the evaluation of the applicability of this design to the different practices using questionnaires; the implementation of this international multi-center study called TOBAS (Treatment of Brain Arteriovenous Malformation); and finally, the analysis of the pilot phase of the study

Cette thèse fait suite à une étude récente, menée par quelques chercheurs de l'Université de Montpellier, dans le but de proposer à la communauté scientifique une procédure d'inversion capable d'estimer de manière non invasive la pression dans les artères cérébrales d'un patient.Son premier objectif est, d'une part, d'examiner la précision et la robustesse de la procédure d'inversion proposée par ces chercheurs, en lien avec diverses sources d'incertitude liées aux modèles utilisés, aux hypothèses formulées et aux données cliniques du patient, et d'autre part, de fixer un critère d'arrêt pour l'algorithme basé sur le filtre de Kalman d'ensemble utilisé dans leur procédure d'inversion. À cet effet, une analyse d'incertitude et plusieurs analyses de sensibilité sont effectuées. Le second objectif est d'illustrer comment l'apprentissage machine, orienté réseaux de neurones convolutifs, peut être une très bonne alternative à la longue et coûteuse procédure mise en place par ces chercheurs pour l'estimation de la pression.Une approche prenant en compte les incertitudes liées au traitement des images médicales du patient et aux hypothèses formulées sur les modèles utilisés, telles que les hypothèses liées aux conditions limites, aux paramètres physiques et physiologiques, est d'abord présentée pour quantifier les incertitudes sur les résultats de la procédure. Les incertitudes liées à la segmentation des images sont modélisées à l'aide d'une distribution gaussienne et celles liées au choix des hypothèses de modélisation sont analysées en testant plusieurs scénarios de choix d'hypothèses possibles. De cette démarche, il ressort que les incertitudes sur les résultats de la procédure sont du même ordre de grandeur que celles liées aux erreurs de segmentation. Par ailleurs, cette analyse montre que les résultats de la procédure sont très sensibles aux hypothèses faites sur les conditions aux limites du modèle du flux sanguin. En particulier, le choix des conditions limites symétriques de Windkessel pour le modèle s'avère être le plus approprié pour le cas du patient étudié.Ensuite, une démarche permettant de classer les paramètres estimés à l'aide de la procédure par ordre d'importance et de fixer un critère d'arrêt pour l'algorithme utilisé dans cette procédure est proposée. Les résultats de cette stratégie montrent, d'une part, que la plupart des résistances proximales sont les paramètres les plus importants du modèle pour l'estimation du débit sanguin dans les carotides internes et, d'autre part, que l'algorithme d'inversion peut être arrêté dès qu'un certain seuil de convergence raisonnable de ces paramètres les plus influents est atteint.Enfin, une nouvelle plateforme numérique basée sur l'apprentissage machine permettant d'estimer la pression artérielle spécifique au patient dans les artères cérébrales beaucoup plus rapidement qu'avec la procédure d'inversion mais avec la même précision, est présentée. L'application de cette plateforme aux données du patient utilisées dans la procédure d'inversion permet une estimation non invasive et en temps réel de la pression dans les artères cérébrales du patient cohérente avec l'estimation de la procédure d'inversion
This thesis follows on from a recent study conducted by a few researchers from University of Montpellier, with the aim of proposing to the scientific community an inversion procedure capable of noninvasively estimating patient-specific blood pressure in cerebral arteries. Its first objective is, on the one hand, to examine the accuracy and robustness of the inversion procedure proposed by these researchers with respect to various sources of uncertainty related to the models used, formulated assumptions and patient-specific clinical data, and on the other hand, to set a stopping criterion for the ensemble Kalman filter based algorithm used in their inversion procedure. For this purpose, uncertainty analysis and several sensitivity analyses are carried out. The second objective is to illustrate how machine learning, mainly focusing on convolutional neural networks, can be a very good alternative to the time-consuming and costly inversion procedure implemented by these researchers for cerebral blood pressure estimation.An approach taking into account the uncertainties related to the patient-specific medical images processing and the blood flow model assumptions, such as assumptions about boundary conditions, physical and physiological parameters, is first presented to quantify uncertainties in the inversion procedure outcomes. Uncertainties related to medical images segmentation are modelled using a Gaussian distribution and uncertainties related to modeling assumptions choice are analyzed by considering several possible hypothesis choice scenarii. From this approach, it emerges that the uncertainties on the procedure results are of the same order of magnitude as those related to segmentation errors. Furthermore, this analysis shows that the procedure outcomes are very sensitive to the assumptions made about the model boundary conditions. In particular, the choice of the symmetrical Windkessel boundary conditions for the model proves to be the most relevant for the case of the patient under study.Next, an approach for ranking the parameters estimated during the inversion procedure in order of importance and setting a stopping criterion for the algorithm used in the inversion procedure is presented. The results of this strategy show, on the one hand, that most of the model proximal resistances are the most important parameters for blood flow estimation in the internal carotid arteries and, on the other hand, that the inversion algorithm can be stopped as soon as a certain reasonable convergence threshold for the most influential parameter is reached.Finally, a new numerical platform, based on machine learning and allowing to estimate the patient-specific blood pressure in the cerebral arteries much faster than with the inversion procedure but with the same accuracy, is presented. The application of this platform to the patient-specific data used in the inversion procedure provides noninvasive and real-time estimate of patient-specific cerebral pressure consistent with the inversion procedure estimation