Tractographie globale sous contraintes anatomiques

Doctoral thesis French OPEN
Teillac, Achille;
(2017)
  • Publisher: HAL CCSD
  • Subject: [INFO.INFO-IM]Computer Science [cs]/Medical Imaging | Microstructure | MR microscopy | Méthodes de tractographie globale | IRM microscopique | Connectome structurel | Global fiber tracking | [INFO.INFO-TI]Computer Science [cs]/Image Processing [eess.IV] | Structural connectome | Diffusion-weighted MRI | IRM de diffusion

This work aims at developing a method inferring white matter fibers reconstructed using a global spin-glass approach constrained by anatomical prior knowledge. Unlike usual methods building fibers independently from one another, our markovian approach reconstructs the w... View more
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    1 Introduction 1 1.1 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3 Organisation de la these . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.1 Chapitre 2 : Anatomie du cerveau humain . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.2 Chapitre 3 : L'IRM de di usion, outil puissant pour l'exploration de l'architecture du cerveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.3 Chapitre 4 : Colocalisation des pics de densite neuritique et d'activite fonctionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.4 Chapitre 5 : Vers une tractographie globale sous contraintes anatomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3.5 Chapitre 6 : Conclusion, discussion et perspectives . . . . . . . . . 7

    2 Anatomie du cerveau humain 8 2.1 A l'echelle macroscopique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.1 Neurodeveloppement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.2 Lobes cerebraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1.2.1 Lobes principaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1.2.2 Lobes supplementaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.1.3 Tissus cerebraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.4 Substance grise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.4.1 Cortex cerebral, gyri et sulci . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.1.4.2 Noyaux gris centraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.4.3 Parcellisations du cortex cerebral . . . . . . . . . . . . . . 18 2.1.5 Substance blanche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1.5.1 Les bres de projection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.1.5.2 Les bres commissurales ou commissures interhemispheriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.1.5.3 Les faisceaux d'association . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.1.5.4 Faisceaux courts dits en U . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.1.6 Systeme ventriculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.1.7 Systeme vasculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

    2.2 A l'echelle microscopique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.1 Cytoarchitecture du cerveau humain . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.1.1 Neurones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.1.2 Cellules gliales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.2.2 Lamination du ruban cortical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

    2.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

    4.5 Resultats et discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 4.5.1 Evaluations statistiques des asymetries gauche/droite en densite neuritique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 4.5.2 Etude de la densite neuritique dans le cortex sensori-moteur . . . . 96 4.5.3 Etude de la densite neuritique dans les aires du langage . . . . . . 98 4.5.4 Etude de la densite neuritique au sein du cortex visuel . . . . . . . 99 4.5.5 Comparaison homme-femme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

    4.6 Conclusion et perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

    5.6.2 Evaluation de l'algorithme sur un fant^ome numerique . . . . . . . 148 5.6.2.1 Description du fant^ome numerique . . . . . . . . . . . . . 148 5.6.2.2 Resultats de tractographie sans a priori anatomique . . . 152 5.6.2.3 Resultats de tractographie avec a priori anatomiques . . 159 5.6.2.4 Comparaison avec methodes dite de streamlining locales (deterministe et probabiliste) . . . . . . . . . . . . . . . . 164 5.6.2.5 In uence du reglage des parametres . . . . . . . . . . . . 168 5.6.2.6 R^ole des di erentes perturbations . . . . . . . . . . . . . 169 5.6.2.7 E cacite computationnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

    5.6.3 Evaluation sur piece anatomique post-mortem . . . . . . . . . . . . 179 5.6.3.1 Description de la piece anatomique et du protocole d'imagerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 5.6.3.2 Methode et reglage des parametres . . . . . . . . . . . . . 182 5.6.3.3 Tractographie globale avec contraintes anatomiques sur l'echantillon a haute resolution . . . . . . . . . . . . . . . 184 5.6.3.4 Tractographie deterministe sur l'echantillon sous-echantillonne185 5.6.3.5 Tractographie globale avec contraintes anatomiques sur l'echantillon sous-echantillone . . . . . . . . . . . . . . . . 186

    5.6.4 Evaluation sur sujet sain in vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 5.6.4.1 Reglages des parametres . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 5.6.4.2 Resultats de la metode de tractographie globale sous contraintes anatomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

    6 Conclusions et perspectives 202 6.1 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 6.1.1 Asymetries interhemispheriques de la densite neuritique, differences liees au genre et colocalisation des pics de densite dendritique et d'activations fonctionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 6.1.2 Tractographie globale sous contraintes anatomiques . . . . . . . . 203 6.1.3 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 6.2 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

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