TH`ESE Cédric CLOUCHOUX LOCALISATION ET ...

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26 Chapitre 1. L’analyse de données cérébrales corrélation croisée des intensités est maximisée entre un atlas et les volumes des sujets [Collins et al., 1994]. Toutes ces méthodes non-linéaires sont basées sur l’intensité des voxels. Elles sont ainsi sensibles à la qualité des images et aux artefacts. Aujourd’hui, il semble que les méthodes basées sur l’intensité soient plus répandues que les méthodes géométriques. L’une des raisons est la difficulté à pouvoir extraire automatiquement et de façon fiable des repères anatomiques. Cependant, de nouvelles techniques utilisant à la fois des marqueurs anatomiques et des données d’intensité voient le jour. Les méthodes hybrides De plus en plus de méthodes proposent un recalage utilisant des marqueurs (sillons, tissus) pour piloter et optimiser les procédures de recalage basé sur l’intensité. Par exemple, [Cachier et al., 2001] utilisent ces caractéristiques pour recaler des volumes entre eux. Les cerveaux sont alignés grâce aux sillons principaux. Les éléments utilisés sont le fond et le sommet (i.e. la bordure supérieure) de ces sillons. Le recalage repose ainsi sur la minimisation d’une fonction d’énergie qui compare les deux cerveaux, et qui est composée de deux termes : l’un minimisant l’erreur d’intensité, le second minimisant l’erreur géométrique, c’est-à-dire les différences de position et de forme entre les sillons. Le principal problème de cette méthode est la variabilité inter-individuelle de la structure des sillons. Des logiciels comme ANIMAL + sulci et ANIMAL + INSECT [Collins and Evans, 1999, Collins et al., 1998] utilisent des méthodes incorporant des marqueurs extraits des images pour améliorer le recalage basé sur l’intensité. ANIMAL + INSECT introduit une classification des tissus via l’utilisation d’un atlas probabiliste. Une autre méthode proposée dans [Kochunov et al., 2000], OSN (Octree Spatial Normalization), recale de manière non-linéaire les tissus étiquetés au lieu de l’intensité des voxels. PSW (Parameter SpaceWarping) est une autre méthode hybride utilisant des caractéristiques locales, afin de guider des fonctions basées sur des harmoniques sphériques, pour obtenir une représentation paramétrique complète de la surface corticale [Meier and Fisher, 2002]. Toutes ces méthodes imposent des déformations continues et préservent la topologie. 1.3.3 Normalisation et atlas La normalisation peut être séparée des techniques de recalage, car elle permet d’effectuer une transformation d’images de cerveaux vers un cerveau de référence, appelé atlas. Après que les travaux se soient focalisés sur l’amélioration des techniques de recalage, plusieurs équipes se sont penchés sur le problème de la précision du volume de référence, et plusieurs atlas ont été créés [Talairach and Tournoux, 1988, Evans et al., 1993, Kochunov et al., 2002].
1.3. Localisation et mise en correspondance 27 Ceux-ci jouent en effet un rôle de plus en plus important dans la compréhension du cerveau, fournissant un cadre spatial et structurel de visualisation et d’analyse pour les aspects structurels, fonctionnels et développementaux [Van Essen, 2002, Mazziotta et al., 2001]. Le plus répandu, l’atlas stéréotaxique de Talairach [Talairach and Tournoux, 1988] a eu une grande influence en neurochirurgie, en neuroimagerie, et plus généralement en neurosciences. Trois innovations importantes furent apportées : un système de coordonnées permettant d’identifier une région particulière du cerveau par rapport à des marqueurs anatomiques; une transformation spatiale faisant correspondre des cerveaux entre eux; et un atlas décrivant un cerveau “standard”, accompagné de labels anatomiques et cytoarchitectoniques (figure 1.6). Afin de faire correspondre deux cerveaux, l’atlas décrit également un ensemble de transformations (normalisation par rapport à la grille proportionnelle) pouvant être utilisé pour faire correspondre un cerveau à un autre, tant au niveau de la taille que de la forme. Talairach et Tournoux ont préconisé un alignement des cerveaux selon les commissures entérieures et postérieures (CA/CP)la ligne CA-PC devient alors l’axe y dans le système de coordonnées 3D inhérent au volume, AC en étant l’origine. Un cube est ensuite défini, utilisant comme limites le point le plus haut du cortex pariétal, le plus bas du cortex temporal, le plus antérieur du cortex frontal et le plus postérieur du cortex occipital. L’atlas par lui-même est une série de coupes post-mortem transverses, sagittales et coronales d’un cerveau d’une femme de 60 ans. Il est orienté selon les axes de Talairach. Ainsi, une coordonnée dans un cerveau ayant été transformé selon le système de grille proportionnelle devrait correspondre à la même coordonée (et donc à la même structure cérébrale) sur un autre cerveau ayant subit une transformation vers le même atlas. Le repérage par rapport à cet atlas, ayant et faisant encore référence, est simple à utiliser et à comprendre, grâce au système de coordonnées superposé, ce qui rend la localisation d’une structure ou d’une activation aisée. Pourtant, son utilisation est sujette à de nombreuses controverses [Devlin and Poldrack, ress]. En effet, il est pris en défaut sur plusieurs points, en particulier sur la précision et la fiabilité de la localisation offerte. L’un des principaux problèmes est qu’il a été conçu en utilisant un unique cerveau. Il n’est donc pas représentatif d’une population. De plus, seul l’hémisphère gauche a été utilisé, l’hémisphère droit doit étre obtenu par symétrie, en supposant une symétrie parfaite des deux hémisphères. Or, de nombreuses asymétries cérébrales sont connues (se référer à la sous-section 1.2.1).
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