Axe Transverse IRMC

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'''Imagerie polarimétrique'''
 
'''Imagerie polarimétrique'''
 
L’imagerie de polarisation permet de pallier un certain nombre de limitations inhérentes à la non prise en compte de la nature vectorielle de la lumière, et permet notamment un accès à une information volumique noyée par la lumière provenant de la surface. Elle est par ailleurs complémentaire des techniques d’imagerie classique, car elle permet d’accéder à l’ensemble des informations caractérisant l’interaction d’un milieu matériel qui modifie l’état de polarisation de la lumière. Cette modification véhicule des informations extrêmement précieuses sur les caractéristiques de l’objet.
 
L’imagerie de polarisation permet de pallier un certain nombre de limitations inhérentes à la non prise en compte de la nature vectorielle de la lumière, et permet notamment un accès à une information volumique noyée par la lumière provenant de la surface. Elle est par ailleurs complémentaire des techniques d’imagerie classique, car elle permet d’accéder à l’ensemble des informations caractérisant l’interaction d’un milieu matériel qui modifie l’état de polarisation de la lumière. Cette modification véhicule des informations extrêmement précieuses sur les caractéristiques de l’objet.
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Dans le cadre des recherches sur l’acquisition et le traitement des images codées en polarisation, le laboratoire LSIIT s’est attaché à explorer plusieurs aspects de cette modalité d’imagerie afin de construire une chaîne de traitement cohérente qui relie la formation de l’image et son filtrage aux algorithmes de segmentation, de traitement et de visualisation basés sur le contenu physique de l’information.
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Dans le cadre des recherches sur l’acquisition et le traitement des images codées en polarisation, le laboratoire LSIIT s’est attaché à explorer plusieurs aspects de cette modalité d’imagerie afin de construire une chaîne de traitement cohérente qui relie la formation de l’image et son filtrage aux algorithmes de segmentation, de traitement et de visualisation basés sur le contenu physique de l’information.
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'''Opération 2 : Reconstruction d’images (LSIIT, INESS, IPB-LINC)'''
 
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Nos travaux et projets en reconstruction d’images concernent deux cadres applicatifs : les techniques émergentes d’imagerie médicale et l’étude de la maturation du cerveau chez le fœtus. Dans chacune des applications, les algorithmes seront élaborés dans un cadre bayésien avec inclusion d’a priori. Nous nous intéresserons en outre à un thème théorique, à savoir la tomographie discrète.
 
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'''Reconstruction de cartes d’intérêt pour les techniques émergentes d’imagerie médicale'''
 
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Les techniques émergentes d’imagerie médicale auxquelles nous nous intéressons, à savoir la tomographie optique et l’imagerie polarimétrique, nécessitent le développement de méthodes de traitement de données adaptées : il s’agit dans chacun des cas de reconstruire des cartes de grandeurs d’intérêt à partir de mesures indirectes bruitées. Ces grandeurs d’intérêt sont multivariées (deux variables pour chaque voxel pour la tomographie optique, quatre ou seize variables pour chaque pixel pour l’imagerie polarimétrique) et  doivent remplir certaines conditions d’admissibilité physique. Dans chaque cas, des informations a priori seront introduites.
 
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En ce qui concerne la tomographie optique, le problème direct est non linéaire et très coûteux en temps de calcul. Ceci explique que l’on considère les moments des données, et non les données elles-mêmes. De plus, les données présentent un déficit informationnel très marqué. Au total, la restauration des cartes d’intérêt est un problème très difficile. Nous nous intéressons actuellement à la restitution de cartes constantes par zones, avec prise en compte d’informations a priori sur les valeurs caractéristiques prises par les différents types de tissus. Le choix des moments les plus pertinents à prendre en compte reste également un problème ouvert.
 
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En ce qui concerne l’imagerie polarimétrique, le problème direct présente un degré de difficulté sensiblement plus réduit : le coût de calcul du problème direct est relativement faible et les données, bien qu’indirectes et bruitées, présentent un déficit informationnel peu marqué. Nous développons actuellement des méthodes bayésiennes non supervisées de restauration de ces images, dans plusieurs cadres (imagerie de Stokes et de Mueller, images constantes par zones ou lentement variables avec des ruptures). Les contraintes d’admissibilité physique sont prises en compte dans les lois a priori. L’évaluation de ces algorithmes est en cours. Par ailleurs, l’acquisition des grandeurs de polarisation dans plusieurs bandes spectrales est prévue. L’objectif général est l’accroissement du contenu informationnel des données afin d’améliorer la qualité de l’estimée. Ceci nécessitera le développement d’algorithmes spécifiques.
 
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'''Reconstruction d’images cérébrales fœtales'''
 
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Le but des études relatives à la maturation du cerveau est l’approfondissement de la compréhension du développement du cerveau et des liens entre les modifications cérébrales et le développement cognitif. Ce type d'étude est fondamental pour pouvoir proposer une aide au diagnostic efficace et un suivi clinique des pathologies cérébrales (évolution, influence d’un traitement). La nature non-invasive de l’IRM fournit des opportunités uniques pour effectuer des études in-vivo du développement du cerveau humain (du  fœtus à l'enfant). Complémentaire à l’échographie pour les examens chez le fœtus, l’IRM permet maintenant grâce au développement de séquences d’acquisition ultra-rapides d’obtenir des informations fondamentales sur la maturation du cerveau du fœtus et son évolution temporelle.
 
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Dans ce contexte, il s'agit de développer de nouvelles méthodes de reconstruction 3D capables de prendre en compte les mouvements du fœtus durant l'acquisition, la nature spécifique des images DTI, l'anisotropie des données ainsi que les variations d'intensité dans les images. L'approche envisagée reposera sur un cadre bayésien riche permettant l'utilisation d'un modèle physique d'observation afin de proposer des images haute résolution des tenseurs de diffusion qui permettront une analyse précise de la myélinisation chez le fœtus.
 
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'''Tomographie discrète'''
 
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La tomographie discrète a pour objet la reconstruction directe d’images binaires. En supposant en plus des conditions géométriques sur l’image à reconstruire, on peut reconstruire avec beaucoup moins de données qu’en tomographie conventionnelle, diminuant ainsi les coûts et les temps d’acquisition. Il s’agit donc de méthodes de reconstruction incluant directement l’a priori sur l’image. Dans ce projet, on se concentrera essentiellement sur la reconstruction d’ensembles ayant des propriétés de type « convexité ». Ces méthodes peuvent s’appliquer par exemple à la reconstruction de sections d’artères à partir d’un faible nombre d’angiographies. La plupart des algorithmes de reconstruction publiés jusqu’à présent ne considèrent que des données exactes. Il s’agit donc de les étendre à des données bruitées. Une comparaison théorique et/ou expérimentale avec les algorithmes issus d’une approche bayésienne sera aussi effectuée.
 

Version du 5 février 2010 à 15:31

Opération 1 : Techniques émergentes d’imagerie médicale (LSIIT, INESS, IPB-LINC)

Nos travaux et projets dans le développement de nouvelles techniques d’imagerie médicale se concentrent sur les méthodes optiques en l’occurrence la tomographie en milieu fortement diffusant et l’imagerie polarimétrique. Nos travaux expérimentaux sont prolongés et s’appuient sur les recherches en reconstruction d’images de l’opération 2. Ce couplage est indispensable pour authentifier l’information physique et est garant de la qualité des applications médicales envisagées.

Tomographie Optique de Diffusion La Tomographie Optique Diffuse (TOD) est une technique d’imagerie médicale émergente qui permet d’établir les cartes des propriétés optiques des organes étudiés. Les appareils assemblés dans nos laboratoires (LINC, InESS) utilisent des impulsions lumineuses ultra brèves et une détection résolue en temps. L’utilisation de plusieurs longueurs d’onde d’excitation et la détection des photons diffusés et de fluorescence facilitent le problème de reconstruction et permettent le calcul de cartes de perfusion, d’oxygénation et de fluorescence des tissus. Les images obtenues sur objets test illustrent les potentiels de la méthode et permettent de dégager des perspectives d’applications in vivo chez l’homme et le petit animal.

Chez l’animal, les applications concerneront les maladies du système nerveux central sur des modèles d’accident vasculaire cérébral et de démyélinisation (LINC). La tomographie optique sera plus largement utilisée pour l’imagerie de traceurs fluorescents. Le développement de sondes moléculaires fluorescentes dans le proche infrarouge et le couplage de fluorophores à des peptides pour la production de sondes moléculaires permettre d’envisager une véritable imagerie moléculaire in vivo. Les techniques développées nous permettront de fournir des images 3D de la distribution et de l’activation de telles sondes avec une profondeur de pénétration de plusieurs centimètres et une résolution millimétrique. L’intégration d’un dispositif d’imagerie 3D de la surface et la réalisation d’un dispositif de balayage sans partie mobile permettront l’acquisition des données optiques sur des animaux anesthésiés. Parallèlement, une interface optique sera intégrée dans un appareil d’imagerie par résonance magnétique (LINC) afin de réaliser simultanément les acquisitions selon ces deux modalités.

Chez l’homme, les premières expériences en neuro-imagerie ont permis de suivre les évolutions temporelles des signaux optiques lors d’épreuves d’activation. Ces résultats ont mis en évidence l’intérêt des méthodes résolues en temps pour augmenter la sensibilité et la résolution spatiale. Le projet de Spectroscopie Proche Infra-Rouge par Imagerie Temporelle, (SPIRIT), nous permettra de proposer une méthodologie d’acquisition sans contact avec le patient (LINC, InESS). Les applications porteront sur la détection de la réponse hémodynamique lors de tâches d’activations cérébrales, notamment chez le nouveau né prématuré en détresse respiratoire. D’autres applications de la tomographie optique seront explorées : de l’effet thérapeutique de la stimulation magnétique transcrânienne dans les épilepsies à la mammographie optique.

Imagerie polarimétrique L’imagerie de polarisation permet de pallier un certain nombre de limitations inhérentes à la non prise en compte de la nature vectorielle de la lumière, et permet notamment un accès à une information volumique noyée par la lumière provenant de la surface. Elle est par ailleurs complémentaire des techniques d’imagerie classique, car elle permet d’accéder à l’ensemble des informations caractérisant l’interaction d’un milieu matériel qui modifie l’état de polarisation de la lumière. Cette modification véhicule des informations extrêmement précieuses sur les caractéristiques de l’objet. Dans le cadre des recherches sur l’acquisition et le traitement des images codées en polarisation, le laboratoire LSIIT s’est attaché à explorer plusieurs aspects de cette modalité d’imagerie afin de construire une chaîne de traitement cohérente qui relie la formation de l’image et son filtrage aux algorithmes de segmentation, de traitement et de visualisation basés sur le contenu physique de l’information.

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