Evaluation d'une méthode de restitution de contraste basée sur le guidage anatomique de la reconstruction des images cérébrales en tomographie par émission de positons

Performance evaluation of a contrast enhancement method, based on anatomically guided cerebral image reconstruction for positron emission tomography

• Auteur / Autrice : Frédéric Bataille
• Direction : Gilles Bloch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées. Imagerie médicale
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Reconstruction d'image

Méthodes bayésiennes

Simulation

Maximum a posteriori

Imagerie cérébrale

Striatum

Résumé

La tomographie par émission de positons est une modalité d'imagerie médicalepermettant d'obtenir in-vivo une image volumique des processus fonctionnels du corps humain, notamment utilisée en imagerie cérébrale pour le diagnostique et le suivi longitudinal des maladies neurodégénératives. L'efficacité de la tomographie est cependant limitée par sa faible résolution spatiale, qui engendre une diminution du contraste local de l'image et une sous-estimation de l'activité des structures cérébrales de petite taille impliquées dans le mécanisme de dégénérescence de ces maladies. Cette dégradation, connue sous le nom d'effet de volume partiel, est généralement corrigée sur les images reconstruites en utilisant une information anatomique dont la résolution spatiale permet de mieux distinguer les différents tissus fonctionnels. Ce type de méthode présente cependant l'inconvénient majeur d'être très sensible aux erreurs résiduelles sur les prétraitements de l'information anatomique. L'alternative que nous avons développée dans cette thèse consiste à compenser la dégradation durant le processus de reconstruction en incorporant dans celui-ci à la fois une modélisation de la réponse impulsionnelle du système ainsi qu'une contrainte anatomique a priori sur l'image à reconstruire. Par comparaison avec une stratégie de correction post-reconstruction, nous avons validé cette méthodologie sur des données issues d'une acquisition sur fantôme anthropomorphique, puis nous avons évalué sa robustesse vis-à-vis des erreurs résiduelles au moyen de la simulation Monte Carlo réaliste d'un examen cérébral. L'algorithme développé a finalement été appliqué à la reconstruction d'examens cliniques.

Positron emission tomography is a medical imaging modality providing in-vivo volumetric images of functional processes of the human body, which is used for the diagnosis and the following of neurodegenerative diseases. PET efficiency is however limited by its poor spatial resolution, which generates a decrease of the image local contrast and leads to an under-estimation of small cerebral structures involved in the degenerative mechanism of those diseases. This so-called partial volume effect degradation is usually corrected in a post-reconstruction processing framework through the use of anatomical information, whose spatial resolution allows a better discrimination between functional tissues. However, this kind of method has the major drawback of being very sensitive to the residual mismatches on the anatomical information processing. We developed in this thesis an alternative methodology to compensate for the degradation, by incorporating in the reconstruction process both a model of thesystem impulse response and an anatomically-based image prior constraint. This methodology was validated by comparison with a post-reconstruction correction strategy, using data from an anthropomorphic phantom acquisition and then we evaluated its robustness to the residual mismatches through a realistic Monte Carlo simulation corresponding to a cerebral exam. The proposed algorithm was finally applied to reconstruct clinical data.