Detection des faisceaux de fibres de la substance blanche pour l'etude de la connectivite anatomique cerebrale

par Cyril Poupon

Thèse de doctorat en Sciences médicales. Sciences biologiques fondamentales et appliquées

Sous la direction de Isabelle Bloch.

Soutenue en 1999

à Paris, ENST .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Le domaine de l'imagerie medicale est actuellement en plein essor et offre aux cliniciens et aux cognitivistes toute une panoplie de modalites pour etudier le cerveau. Ces outils permettent non seulement d'acceder a l'anatomie du cerveau (irm), mais aussi d'observer son fonctionnement in vivo (irmf, tep, meg). De nombreuses etudes concernent la segmentation des noyaux gris centraux ou l'etude du relief cortical. Differents projets de cartographie anatomo-fonctionnelle ont ete menes au cours de ces dernieres annees. Mais peu d'etudes de la substance blanche ont encore vu le jour, a cause de l'insuffisance des resolutions spatiales des sequences irm standard pour en etudier la structure. L'avenement recent de l'imagerie du tenseur de diffusion (itd) a bouleverse la recherche dans ce domaine. Cette these propose une etude de la matiere blanche a deux echelles : une echelle macroscopique pour laquelle la matiere blanche est parcellisee en lobes fonctionnels, et une echelle plus fine qui revele un reseau complexe de faisceaux de fibres presents chez tous les individus. Dans un premier temps, nous decrivons une methode de parcellisation automatique du cerveau en hemispheres puis en lobes, en utilisant des equations d'evolution de l'interface gris/blanc. Pour aborder l'etude structurale de la matiere blanche in vivo, une sequence d'irm ponderee en diffusion a ete implantee au service hospitalier frederic joliot. Ce type d'imagerie mesure la mobilite des molecules d'eau dans le cerveau qui est maximale dans la direction des fibres, ce qui en revele l'orientation. L'acquisition d'images de bonne qualite et la construction de cartes de tenseur de diffusion ont necessite plusieurs developpements : - l'optimisation des parametres de la sequence, - une correction des distorsions geometriques echoplanaires fondee sur un critere d'information mutuelle, - une methode d'estimation robuste des coefficients du tenseur de diffusion a partir des donnees ponderees en diffusion. Ensuite, nous avons developpe un outil de detection et de suivi des faisceaux de fibres au sein de la substance blanche. Cette methode, appelee tracking, utilise une carte des directions locales des faisceaux, calculee a partir de l'itd. La forte sensibilite de l'algorithme de tracking a la presence de directions erronees nous a conduit a elaborer une regularisation des directions reposant sur un modele markovien de la geometrie des fibres. Enfin, differents resultats de tracking, concernant la detection des grands faisceaux de la substance blanche et les faisceaux d'association courts, illustrent l'efficacite de la methode. Ces resultats constituent une avancee importante dans le domaine des neurosciences et vont permettre, a court terme, de realiser une cartographie detaillee de la connectivite cerebrale.


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  • Détails : 220 p.
  • Annexes : 175 ref.

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  • Cote : MF-1999-POU
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