Modélisation réaliste de l'activité électrique cérébrale
par Blaise Yvert
Thèse de doctorat en Génie biologique et médical
Sous la direction de Jacques Pernier.
Soutenue en 1996
à Lyon, INSA , dans le cadre de École Doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....) , en partenariat avec U 280 : Processus mentaux et activations cérébrales (laboratoire) .
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Résumé
Le but principal de cette thèse était d'étudier des modèles à géométrie réaliste de la tête pour localiser les générateurs neuronaux de l'activité électrique cérébrale (EEG/MEG). Ce type de modèle fait appel à la méthode numérique des intégrales de frontière (BEM) pour calculer le potentiel créé par un dipôle de courant sur la surface du scalp. Cette méthode nécessite des maillages surfaciques des différents milieux conducteurs (cerveau, os, scalp). Le premier travail a consisté à mettre au point une méthode de construction de maillages réalistes à partir de contours extraits d'images IRM. Ensuite, la précision numérique de la méthode BEM a été évaluée. Il a été montré que pour des générateurs peu profonds sous la surface du cerveau, il est nécessaire d'utiliser des maillages localement affinés pour assurer une bonne précision des calculs numériques. Ensuite, la précision de localisation intrinsèque des modèles réalistes a été évaluée de l'ordre de 1 à 3mm. Ces modèles ont également permis d'évaluer très systématiquement les erreurs de localisation commises lors de l'utilisation du modèle classique à géométrie sphérique. Celles-ci varient de 5-6mm dans la partie supérieure de la tête à 15-25mm dans la partie inférieure (lobes temporaux). Des modèles de sources de courant distribuées ont également été étudiées, mettant en évidence certaines limitations et difficultés d'interprétation des résultats fournis par ces méthodes. Ce travail méthodologique offre des éléments indispensables à la bonne utilisation en pratique des modèles à géométries réalistes, montre qu'il était nécessaire de continuer à améliorer des modèles de sources neuronales distribuées.
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Titre traduit
= Realistic Modeling of electrical brain activity
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Résumé
The major goal of this thesis concerned the study of realistically shaped head models, used for localizing neural generators of electrical brain activity (EEG/MEG). In order to calculate the potential created by a current dipole placed in such models, one has to use a numerical method such as the Boundary Element Method (BEM). This method requires surface meshes of the different conductive head structures (brain, skull, scalp). First, a method to construct realistic meshes from a stack of contours obtained from MR images, has been developed. Next, the numerical precision of the BEM has been evaluated. It has been shown that for shallow generators in the brain, it is necessary to use locally refined meshes to ensure accurate numerical computations. Then, the intrinsic localization accuracy of realistic head models has been evaluated to be of about 1 to 3mm. These models also provided a means to systematically evaluating the localization precision of the classical spherical head model. They were found to vary from 5-6mm in the upper part of the head to 15-25mm in the lower part (temporal lobes). Distributed source models were also studied, showing limitations and tricks in the interpretation of the results provided by these methods. This methodological work provides essential hints for the practical use of realistic head models and shows that it is necessary that distributed neural source models be further improved.
