Heart Segmentation and Evaluation of Fibrosis

Segmentation cardiaque et évaluation de la fibrose

Zhou Zhao (1)

1 LRDE - Laboratoire de Recherche et de Développement de l'EPITA

Atrial fibrillation is the most common heart rhythm disease. Due to a lack of understanding in the matter of underlying atrial structures, current treatments are still not satisfying. Recently, with the popularity of deep learning, many segmentation methods based on deep learning have been proposed to analyze atrial structures, especially from late gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging. However, two problems still occur: 1) segmentation results include the atrial-like background; 2) boundaries are very hard to segment. Most segmentation approaches design a specific network that mainly focuses on the regions, to the detriment of the boundaries. Therefore, in this dissertation, we propose two different methods to segment the heart, one two-stage and one end-to-end trainable method. And then, for evaluating the fibrosis degree, we also proposed two methods, one is to combine deep learning with morphology, and the other is to use deep learning directly. Finally, the efficiency of the proposed approach is verified on some public datasets.

La fibrillation auriculaire est la maladie du rythme cardiaque la plus courante. En raison d'un manque de compréhension des structures atriales sous-jacentes, les traitements actuels ne sont toujours pas satisfaisants. Récemment, avec la popularité de l'apprentissage profond, de nombreuses méthodes de segmentation basées sur l'apprentissage profond ont été proposées pour analyser les structures auriculaires, en particulier à partir de l'imagerie par résonance magnétique renforcée au gadolinium tardif. Cependant, deux problèmes subsistent : 1) les résultats de la segmentation incluent le fond de type atrial ; 2) les limites sont très difficiles à segmenter. La plupart des approches de segmentation conçoivent un réseau spécifique qui se concentre principalement sur les régions, au détriment des frontières. Par conséquent, dans cette thèse, nous proposons deux méthodes différentes pour segmenter le cœur, une méthode en deux étapes et une méthode entraînable de bout en bout. Ensuite, pour évaluer le degré de fibrose, nous avons également proposé deux méthodes, l'une consiste à combiner l'apprentissage profond avec la morphologie, et l'autre à utiliser directement l'apprentissage profond. Enfin, l'efficacité de l'approche proposée est vérifiée sur certains jeux de données publics.

Mots clés: Segmentation; Deep learning; Heart; Attention; Fully Convolutional Network; Fibrosis Assessment; Hybrid Loss; Morphological Image Processing

Mots clés: Segmentation; Apprentissage profond; Cœur; Attention; Réseau entièrement convolutif; Évaluation de la fibrose; Perte hybride; Traitement morphologique des images

Domaines: Apprentissage [cs.LG]; Traitement des images [eess.IV]

Zhou Zhao. Heart Segmentation and Evaluation of Fibrosis. Machine Learning [cs.LG]. Sorbonne Université, 2023. English. ⟨NNT : 2023SORUS003⟩. ⟨tel-04072025⟩