Soutenance de thèse : Zexian WANG

A 3D multiscale synthetic model of biological tissue for virtual imaging

Doctorant : Zexian WANG

Laboratoire INSA : CREATIS
Ecole doctorale : EDA162 MEGA

Cette thèse a pour objectif de présenter un modèle déformable tridimensionnel multi- échelle afin de générer un cœur synthétique qui sera utilisé en recherche médicale et en particulier, en imagerie virtuelle. Le modèle décrit les formes géométriques et les caractéristiques des objets élémentaires du cœur à différentes échelles. Sa structure hiérarchique comprend cinq niveaux pour passer de la macro- à la micro-échelle. Chaque élément constitutif du cœur virtuel a une description orientée objet où tous les paramètres spécifiques de chaque objet sont enregistrés dans un vecteur de caractéristiques. Le modèle est divisé en 2 parties : le modèle basse résolution et le modèle haute résolution. En observant divers types d’imageries expérimentales de tissus cardiaques, des modèles de formes géométriques de base sont construits pour décrire les objets de chaque niveau. De plus, pour obtenir une simulation plus précise, la technique de Déformation de formes Libre (Free-Form Deformation (FFD)) est utilisée pour déformer la forme initiale de chaque objet afin d'améliorer le réalisme du modèle.
Dans le modèle basse résolution, inspiré par des données de l'imagerie par lumière polarisée pour la forme ainsi que des paramètres constitutifs du cœur, des modèles de surface de l'endocarde et de l'épicarde ventriculaire sont construits à l'aide du modèle de superellipsoïde, modifié par FFD. Pour le modèle haute résolution, les formes de base des cardiomyocytes, des groupes de cardiomyocytes et des feuillet lamellaires de cardiomyocytes sont d'abord construites. L'usage de la FFD a permis de créer des formes plus réalistes ainsi que de montrer qu'il était possible de générer une déformation du tissu cardiaque à l’échelle microscopique durant un cycle. Nous nous appuyons sur des données acquises en imagerie synchrotron par contraste de phase pour évaluer les paramètres morphologiques de notre modèle de tissu myocardique virtuel comportant une structure laminaire parallèle. Nous simulons alors des projections RX du tissu virtuel ainsi généré, projections ensuite utilisées pour reconstruire le volume en 3D. La comparaison des orientations des structures laminaires contenues dans les volumes de tissu virtuels initial et reconstruit, permet d'évaluer les performances du modèle. La qualité des résultats atteste de ses possibilités de créer des formes réalistes et d'animer ces structures.