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.
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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


Software


Xavier Pennec
Last modified: Wed Jun 19 11:24:56 MEST 2002