SIMULATION D'IRM ANGIOGRAPHIQUE PAR EXTENSION DU LOGICIEL JEMRIS

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Corentin Martineau
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1 SIMULATION D'IRM ANGIOGRAPHIQUE PAR EXTENSION DU LOGICIEL JEMRIS Alexandre FORTIN Sous la directon d'emmanuel DURAND et Stéphanie SALMON Laboratoire de Mathématques de Reims Model : clipart-fr.com

2 MOTIFS DE LA SIMULATION IRM? Motvatons : Validaton de modèles physiques (Vivabrain) Optmisaton, de séquences IRM Pédagogique, comprendre les principes de l'irm Réaliser des expériences non envisageables en réalité (temps, ethique, coût...)

3 SIMULATEURS IRM Nombreux codes de simulaton IRM : Idée de prendre comme point de départ un simulateur existant open-source Avantage de pouvoir coupler d'autres phénomènes connus (termes de Maxwell, gradients non uniformes, déplacement chimique ) à nos simulatons

de pouvoir coupler d'autres phénomènes connus (termes de Maxwell,

4 SIMULATEURS IRM Quelques simulateurs avancés (open-source) JEMRIS, ODIN, SIMRI, POSSUM...

5 POSITION DU PROBLEME Ce que ces simulateurs font Ce qu'on souhaite (tssus statques) (images angiographiques)

6 POSITION DU PROBLEME Nécessité de simuler des écoulements complexes Ce qu'on souhaite (images angiographiques)

7 POSITION DU PROBLEME Nécessité de simuler des écoulements complexes Non prévu dans les simulateurs avancés actuels Ce qu'on souhaite (images angiographiques)

8 LOGICIEL JEMRIS JEMRIS Version 2.7 Copyright (C) Tony Stöcker, Kaveh Vahedipour, Daniel Pflugfelder Forschungszentrum Jülich Jülich, Allemagne

9 LOGICIEL JEMRIS Mouvements dans Jemris Limités aux translatons rigides de l'ensemble de l'échantllon (ex : bougé du patent) Oscillatng sphere (from Stöcker T, Vahedipour K, Pfugfelder D, Shah NJ. High-performance computng MRI simulatons. Magn Reson Med Jul,64(1):186-93)

Oscillatng sphere (from Stöcker T, Vahedipour K, Pfugfelder D, Shah

10 COMMENT SIMULER LES MOUVEMENTS FLUIDES? Simuler l'irm = Simuler l'évoluton de l'aimantaton macroscopique des tssus, cad résoudre les équatons de Bloch en tout point de l'échantllon dm xb =γ M dt M l'aimantation du tissu B le champ magnétique γ le rapport gyromagnétique ( plus un terme de relaxaton)

tssus, cad résoudre les équatons de Bloch en tout point de l'échantllon dm

11 COMMENT SIMULER LES MOUVEMENTS FLUIDES? Et pour les mouvements? M )M. =γ M xb +( V t ( plus un terme de relaxaton) Réexprimer l'équaton de Bloch en faisant apparaître la vitesse. Mais la résoluton devient plus complexe (EDP). Approche eulérienne

12 COMMENT SIMULER LES MOUVEMENTS FLUIDES? Et pour les mouvements? dm xb =γ M dt ( plus un terme de relaxaton) Conserver la même équaton mais faire évoluer la positon de chaque partcule au cours du temps. Approche lagrangienne

13 COMMENT SIMULER LES MOUVEMENTS FLUIDES? Et pour les mouvements? dm xb =γ M dt r = r(t) B(t) = Bo + G(t).r(t) Approche lagrangienne ( plus un terme de relaxaton)

14 COMMENT SIMULER LES MOUVEMENTS FLUIDES? Et pour les mouvements? dm xb =γ M dt ( plus terme de relaxaton) Avantages : Simplicité de résoluton, fexibilité Approche Lagrangienne

15 MOUVEMENTS DANS JEMRIS Limites du mouvement dans Jemris Une trajectoire unique peut être spécifée pour l'ensemble de l'échantllon... mais...

16 MOUVEMENTS DANS JEMRIS Limites du mouvement dans Jemris Une trajectoire unique peut être spécifée pour l'ensemble de l'échantllon... mais... Simuler des mouvements fuides suppose de connaître la trajectoire individuelle de chaque partcule

17 MOUVEMENTS DANS JEMRIS Limites du mouvement dans Jemris => Necessité de modifer le code de Jemris afn de prendre en entrée des trajectoires multples Simuler des mouvements fuides suppose de connaître la trajectoire individuelle de chaque partcule

entrée des trajectoires multples Simuler des mouvements

18 PREMIERES SIMULATIONS Simple test : 4 spins avec 4 trajectoires différentes

19 PREMIERES SIMULATIONS Simulaton d'irm par contraste de phase Données d'entrée : Trajectoires synthétques de Poiseuille. zi (t) = zi (0) + Vmax. ( 1 ( ri/r )² ). t

20 PREMIERES SIMULATIONS Simulaton d'irm par contraste de phase Données d'entrée : Trajectoires synthétques de Poiseuille. zi (t) = zi (0) + Vmax. ( 1 ( ri/r )² ). t TrajectoIres JEMRIS

21 PREMIERES SIMULATIONS Simulaton d'irm par contraste de phase FORMAT DES TRAJECTOIRES D'ENTREE [Spin 0] T0 X0 Y0 Z0 T1 X1 Y1 Z1 T2 X2 Y2 Z2 Tmax Xmax Ymax Zmax [Spin 1] T0 X0 Y0 Z0 T1 X1 Y1 Z1 T2 X2 Y2 Z2

22 PREMIERES SIMULATIONS Simulaton d'irm par contraste de phase FORMAT DES TRAJECTOIRES D'ENTREE 0 5,453 2,546 8, ,1 6,43 2,546 8,786 0,2 6,35 3,78 9,89 0,3 6,87 3,79 10, ,3 20,6 0,675 45, ,4 20,6 0,5 46, ,453 2,546 8, ,1 6,43 2,546 8,786 0,2 6,35 3,78 9,89 //(Changement de spin)

23 PREMIERES SIMULATIONS Simulaton d'irm par contraste de phase Données d'entrée : Trajectoires synthétques de Poiseuille. zi (t) = zi (0) + Vmax. ( 1 ( ri/r )² ). t Séquence IRM (contraste de phase) TrajectoIres JEMRIS

24 PREMIERES SIMULATIONS Simulaton d'irm par contraste de phase Données d'entrée : Trajectoires synthétques de Poiseuille. zi (t) = zi (0) + Vmax. ( 1 ( ri/r )² ). t Séquence IRM (contraste de phase) TrajectoIres JEMRIS Image

25 PREMIERES SIMULATIONS Simulaton d'irm par contraste de phase Carte vélocimétrique

26 PREMIERES SIMULATIONS Validité des vitesses simulées? Comparaison aux vitesse théoriques

27 PREMIERES SIMULATIONS Diférence simulaton-théorie

28 PREMIERES SIMULATIONS Ecart-type ~ 12 % (or, 10 % de bruit aléatoire simulé) Comparaison profls simulé (vert) & théorique (bleu)

29 EXPERIENCES Comparaison aux images expérimentales Banc hydrodynamique

30 COMPARAISON A L'EXPERIENCE SIMULATION BANC HYDRO

31 PARALLELISATION Limitatons sur la taille des échantllons : Parallélisaton des simulatons Utlisaton du super-calculateur ROMEO de Reims Gain considérable en temps de calcul

32 COMPARAISON A L'EXPERIENCE SIMULATION BANC HYDRO

33 ARTEFACT DE FLUX ARTEFACT DE DEPLACEMENT

34 ACTUELLEMENT Simulaton d'irm par contraste de phase Données d'entrée : Trajectoires calculées par CFD (tâche 4 Vivabrain) TrajectoIres CFD simulées par Stéphanie Séquence IRM (contraste de phase) JEMRIS Image

35 PERSPECTIVES Simulaton d'irm par contraste de phase Données d'entrée : Trajectoires calculées par CFD (tâche 4 Vivabrain) TrajectoIres CFD Séquence IRM (contraste de phase) JEMRIS Image

36 PERSPECTIVES Efectuer les simulatons à partr des données calculées par les tâches précédentes Simulaton d'autres phénomènes de fux classiques (phénomènes d'entrée/sorte, dispersion de phase ) Comparer les images vélocimétriques avec les futures acquisitons sur le banc Développeurs de Jemris intéressés, à terme, pour intégrer notre travail au logiciel

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