Action de développement IRMf
Imagerie par résonance
magnétique fonctionnelle (IRMf) et Anatomique (IRMa) :
recalage non-rigide pour la compensation du mouvement et pour la
fusion d'images inter-sujets.
Présentation
L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle
(IRMf) est une nouvelle technique permettant d'étudier le
fonctionnement du cerveau. Couplée à l'imagerie par
résonance magnétique anatomique (IRMa), cette
approche est extrêmement puissante, et tend à devenir
une modalité de référence.
L'objectif de l'action de développement IRMf est
d'expérimenter et de valider les méthodes de
traitement traitement numérique des images IRM
fonctionnelles (IRMf) et anatomiques (IRMa) en partant des images
obtenues par la machine IRM à haut champ magnétique
du CEA.
Il conviendra au préalable d'étudier les
problèmes de recalage non-rigide entre les images qui
limitent actuellement les possibilités d'utilisation de ces
méthodes. Pour cela, on étudiera tout d'abord le
problème de compensation du mouvement au cours d'une
séquence temporelle d'acquisition mono-sujet d'images
fonctionnelles par IRMf, et le problème de fusion d'images
inter-sujets d'images anatomiques par IRMa. Grâce aux
résultats acquis suite à ces deux premières
étapes, on développera une procédure de
validation quantitative des outils de recalage inter-sujets en IMRa
en étudiant la variabilité inter-sujets des
localisations des activations.
L'action IRMf sera menée en liaison avec l'action
coopérative MC2 : Mieux Connaître le Cerveau.
Objectifs
Cette action se propose d'étudier des problèmes de
traitement numérique des images IRM fonctionnelles (IRMf) et
anatomiques (IRMa) qui limitent actuellement les
possibilités d'utilisation de ces modalités. Ces
problèmes sont d'abord des problèmes de recalage
non-rigide des images. Nous avons identifié un
problème de compensation du mouvement au cours d'une
séquence temporelle d'acquisition d'images fonctionnelles
par IRMf, et un problème de fusion d'images inter-sujets
d'images anatomiques par IRMa. Un troisième problème
est lié à la validation des résultats du
recalage inter-sujets, et sa résolution pourrait s'appuyer
avec profit sur les résultats des deux premiers
problèmes. Nous décrivons tour à tour ces
trois problèmes plus en détail.
Compensation de mouvement et de distorsions en IRMf.
Le premier problème concerne la compensation de mouvement au
cours d'une séance d'acquisition d'images d'IRMf.
Typiquement, chaque image 3-D de la séquence est acquise en
quelques secondes, et une séquence temporelle peut contenir
plusieurs centaines voire un millier d'images 3-D. Les zones
actives sont extraites par une analyse spatio-temporelle de la
séquence 4-D (3 dimensions spatiales et une dimension
temporelle) qui suppose un alignement parfait des acquisitions dans
l'espace. Or la durée d'acquisition est suffisamment longue
pour que des mouvements du sujet perturbent cet alignement. Le
problème est compliqué par la présence de
distorsions liées au champ magnétique intense
utilisé (3~T), distorsions qui dépendent de la
position de la tête du sujet dans l'appareil. Pour être
exploitables, les images doivent être recalées avec
une précision très supérieure à la
résolution spatiale initiale des images. En effet, lorsque
le sujet bouge de manière corrélée avec
l'expérience, une correction imparfaite va conduire à
des variations corrélées avec l'expérience au
niveau des frontières du cerveau (le cortex). Dans cette
situation, l'expérience est généralement
perdue. Pour éviter cela, il faut concevoir de nouvelles
méthodes de recalage non-rigide des images prenant en compte
une modélisation fine des mouvements possibles du sujet et
des distorsions géométriques.
Recalage d'images inter-sujets en IRMa.
Le second problème concerne la fusion des images
provenant de plusieurs sujets. Cette opération est
indispensable pour établir des invariants fonctionnels ou
anatomiques. C'est un problème très complexe, et il
n'existe aujourd'hui aucune méthode satisfaisante pour
établir des correspondances point à point les
cerveaux de deux sujets. Les méthodes de recalage
anatomiques les plus avancées, appelées "iconiques",
s'appuient sur une comparaison des intensités lumineuses des
points à superposer, et sur la minimisation d'une
énergie de déformation entre deux images. Or le
CEA-SHFJ et l'équipe Vista ont développé des
méthodes originales pour identifier dans les images IRMa
anatomiques les principaux sillons corticaux. Nous souhaitons donc
construire une nouvelle méthode de recalage, dans laquelle
nous adapterions une méthode "iconique" pour prendre en
compte les contraintes "géométriques" introduites par
la mise en correspondances des sillons corticaux.
Validation du recalage inter-sujets (IRMa et IRMf).
Disposant d'images cérébrales anatomiques et
fonctionnelles de plusieurs sujets, il semble possible de valider
les résultats du recalage anatomique inter-sujets. Pour
cela, on se propose d'utiliser les résultats de ce recalage
anatomique pour comparer la localisation des activations dans les
images fonctionnelles. Pour cette validation, le CEA choisira en
collaboration avec l'équipe de modélisation en
imagerie neurofonctionnelle de l'unité 494 de l'INSERM des
protocoles d'activation cérébrale dont on
connaît précisément la localisation anatomique.
Cette validation devrait permettre à terme de valider un
paradigme original proposé par le CEA, qui suppose que les
sillons corticaux sont associés à la frontière
de certains territoires fonctionnels du cortex.
Partenaires
Responsable du projet : N. Ayache
Responsable adjoint : X. Pennec
Agenda
- Pemière réunion le 15 janvier 2000 au
CEA-SHFJ
- Seconde réunion le 18 septembre 2000 à l'INRIA
Sophia
- Troisième réunion le 14 mai 2001 la Pitié
Salpêtrière
- Quatrième réunion le 14 janvier 2002 à Paris
Software
Xavier Pennec
Last modified: Wed Jun 19 11:24:56 MEST 2002