Recalage interindividuel de surfaces corticales par déformations difféomorphiques
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Neuroimaging at the group level requires spatial normalization of individual structural data. We propose a geometric approach that consists in matching a series of cortical surfaces through diffeomorphic registration of their sulcal imprints. The resulting 3D transforms naturally extends to the entire MRI volumes. The DIffeomorphic Sulcal-based COrtical (DISCO) registration integrates two recent technical outcomes : 1) the automatic extraction, identification and simplification of numerous sulci from T1-weighted MRI data series hereby revealing the sulcal imprint and 2) the measure-based diffeomorphic registration of those crucial anatomical landmarks. We show how the DISCO registration may be used to elaborate a sulcal template which optimizes the distribution of constraints over the entire cortical ribbon. DISCO was evaluated through two different groups of individual brains. Quantitative and qualitative indices attest how this approach may improve both the alignment of sulcal folds and the overlay of gray and white matter volumes at the group level. A comparison with DARTEL [Ash07] highlights how the lack of anatomical information in non-linear iconic approaches may leads to sulcal mis-alignments while DISCO helps avoid most of these ambiguities.
Abstract FR:
Si les cerveaux de plusieurs individus présentent un certain degré de similarité, la variabilité de certains marqueurs tels que la taille, la forme voire la présence de certains sillons corticaux rend difficile l'identification et la mise en correspondance spatiale de structures anatomiques ou fonctionnelles homologues. Dans cette thèse, nous proposons d'optimiser l'alignement des structures cérébrales d'un groupe de sujets en nous appuyant sur une description exhaustive de leur arborescence sulcale. Notre objectif est d'aligner des sillons homologues aussi précisément que possible tout en contraignant la déformation à être régulière. La procédure débute par la segmentation et l'identification automatique des sillons grâce au logiciel BrainVISA. Nous avons développé une stratégie de simplification automatique des structures issues de cette procédure afin d'extraire l'essentiel de l'information sulcale sous la forme de l'empreinte sulcale individuelle. Les empreintes sulcales obtenues sont ensuite recalées par une déformation difféomorphique, c'est-à-dire régulière, inversible et d'inverse régulière. Nous décrivons ensuite comment cette procédure peut être appliquée à un groupe de sujets via un modèle d'empreinte sulcale défini à partir de tous les sujets du groupe. Cette stratégie originale, baptisée recalage DISCO (DIffeomophic Sulcal-based COrtical registration) a été évaluée au travers de deux groupes de sujets distincts. Nous avons aussi comparé notre méthode avec l'approche de l'état de l'art la plus répandue (DARTEL) afin de démontrer l'efficacité de DISCO ainsi que l'apport des contraintes sulcales qui font défaut dans les stratégies iconiques.