Détection des faisceaux de fibres de la substance blanche pour l'étude de la connectivité anatomique cérébrale

• Auteur / Autrice : Cyril Poupon
• Direction : Isabelle Bloch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences médicales. Sciences biologiques fondamentales et appliquées
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Résumé

Le domaine de l'imagerie médicale est actuellement en plein essor et offre aux cliniciens et aux cognitivistes toute une panoplie de modalités pour étudier le cerveau. Ces outils permettent non seulement d'accéder à l'anatomie du cerveau (IRM), mais aussi d'observer son fonctionnement in vivo (irmf, tep, Meg). De nombreuses études concernent la segmentation des noyaux gris centraux ou l'étude du relief cortical. Différents projets de cartographie anatomo-fonctionnelle ont été menés au cours de ces dernières années. Mais peu d'études de la substance blanche ont encore vu le jour, à cause de l'insuffisance des résolutions spatiales des séquences IRM standard pour en étudier la structure. L'avènement récent de l'imagerie du tenseur de diffusion (itd) a bouleverse la recherche dans ce domaine. Cette thèse propose une étude de la matière blanche à deux échelles : une échelle macroscopique pour laquelle la matière blanche est parcellisée en lobes fonctionnels, et une échelle plus fine qui révèle un reseau complexe de faisceaux de fibres présents chez tous les individus. Dans un premier temps, nous décrivons une méthode de parcellisation automatique du cerveau en hémisphères puis en lobes, en utilisant des équations d'évolution de l'interface gris/blanc. Pour aborder l'étude structurale de la matière blanche in vivo, une séquence d’IRM pondérée en diffusion a été implantée au service hospitalier Frédéric joliet. Ce type d'imagerie mesure la mobilité des molécules d'eau dans le cerveau qui est maximale dans la direction des fibres, ce qui en révèle l'orientation. L'acquisition d'images de bonne qualité et la construction de cartes de tenseur de diffusion ont nécessite plusieurs développements : - l'optimisation des paramètres de la séquence, - une correction des distorsions géométriques echoplanaires fondée sur un critère d'information mutuelle, - une méthode d'estimation robuste des coefficients du tenseur de diffusion à partir des données pondérées en diffusion. Ensuite, nous avons développé un outil de détection et de suivi des faisceaux de fibres au sein de la substance blanche. Cette méthode, appelée tracking, utilise une carte des directions locales des faisceaux, calculée à partir de l'itd. La forte sensibilité de l'algorithme de tracking à la présence de directions erronées nous a conduits à élaborer une régularisation des directions reposant sur un modèle markovien de la géométrie des fibres. Enfin, différents résultats de tracking, concernant la détection des grands faisceaux de la substance blanche et les faisceaux d'association courts, illustrent l'efficacité de la méthode. Ces résultats constituent une avancée importante dans le domaine des neurosciences et vont permettre, à court terme, de réaliser une cartographie détaillée de la connectivité cérébrale.