Automated in vivo dissection of white matter structures from diffusion magnetic resonance imaging

par Demian Wassermann

Thèse de doctorat en Automatique, traitement du signal et des images

Sous la direction de Rachid Deriche.

Soutenue en 2010

à Nice .

  • Titre traduit

    Dissection automatique in vivo des structures de la matière blanche à partir de l'imagerie par résonance magnétique de diffusion


  • Résumé

    Le cerveau est organisé tel un réseau reliant différentes régions. Ce réseau est important pour le développement de fonctions comme le langage. Certains troubles cognitifs peuvent être expliqués par des problèmes de connexion entre régions plus qu’à des dommages de ces dernières. Malgré plusieurs décennies de travail sur ces réseaux, nos connaissances sur le sujet n’ont pas beaucoup évoluées depuis le début du siècle dernier. Récemment, un développement spectaculaire des techniques de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) a permis l’étude vivant du cerveau humain. Une technique permettant l’exploration des faisceaux de la matière blanche (MB) in vivo est l’IRM de diffusion (IRMd). En particulier, la trajectographie à partir de l’IRMd facilite le traçage des faisceaux de la MB. C’est donc une technique prometteuse afin d’explorer l’aspect cognitif de l’anatomie humaine ainsi que de ses troubles. La motivation de cette thèse est la dissection in vivo de la MB. Cette procédure permet d’isoler les faisceaux de la MB, qui jouent un rôle particulier dans le fonctionnement du cerveau, de façon à pouvoir les analyser. L’exécution manuelle de cette tache requiert une grande connaissance du cerveau et demande plusieurs heurs de travail. Le développement d’une technique automatique est donc de la plus grande importance. Cette thèse contient plusieurs contributions : nous développons des moyens d’automatiser la dissection de la MB, c’est-à-dire le cadre mathématique nécessaire à sa compréhension. Ces outils nous permettent ensuite de développer des techniques d’analyse de la moelle épinière et de recherche de différences dans la MB entre des individus sains et schizophrènes.


  • Résumé

    The brain is organized in networks that are made up of tracks connecting different regions. These networks are important for the development of brain functions such as language. Lesions and cognitive disorders are sometimes better explained by disconnection mechanisms between cerebral regions than by damage of those regions. Despite several decades of tracing these networks in the brain, our knowledge of cerebral connections has progressed very little since the beginning of the last century. Recently, we have seen a spectacular development of magnetic resonance imaging (MRI) techniques for the study of the living human brain. One technique for exploring white matter (WM) tissue characteristics and pathway in vivo is diffusion MRI (dMRI). Particulary, dMRI tractography facilitates the tracing the WM tracts in vivo. DMRI is a promising technique to explore the anatomical basis of human cognition and its disorders. The motivation of this thesis is the in vivo dissection of the WM. This procedure isolates the WM tracts that play a role in a particular function or disorder of the brain so they can be analysed. Manually performing this task requires a great knowledge of brain anatomy and several hours of work. Hence, the development of a technique to automatically perform the identification of WM structures is of utmost importance. This thesis has several contributions : we develop means for the automatic dissection of WM tracts from dMRI, this is based on a mathematical framework for the WM and its tracts ; using these tools, we develop techniques to analyse the spinal chord and to find group differences in the WM particulary between healthy and schizophrenic subjects.

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  • Détails : 1 vol. (259 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 235-259

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