Analyse de l'architecture de la matière blanche et projection de mesures sur la surface corticale

Abstract

L'étude de l'architecture et de la connectivité structurelle du cerveau est possible grâce à l'imagerie par résonance magnétique de diffusion (IRMd). Ce type d’image, similaire à un champ vectoriel tridimensionnel, combiné à un algorithme nommé tractographie, permet d’inférer la distribution des fibres de matière blanche et ainsi de reconstruire la structure locale du tissu. Or, cette méthode demeure limitée par une basse résolution et un faible rapport signal sur bruit. Afin de contourner ces limitations, des modèles géométriques construits à partir d’aprioris anatomiques sont utilisés. Cette thèse montre que des règles et des contraintes basées sur la modélisation corticale peuvent être intégrées à la tractographie par le biais d’équations de géométrie différentielle. En effet, la structure axonale sous-jacente à la matière grise peut être approximée avec l'utilisation de la surface et d'un flot de courbure moyenne. Pondéré par l’information de densité, ce flot permet d’obtenir une meilleure représentation des projections des fibres de matière blanche sous le cortex. D'ailleurs, le fait d’incorporer la surface corticale, obtenue d’une image anatomique haute résolution, à l’IRMd permet d'augmenter la précision de la tractographie. Puisque l'acquisition d'une image anatomique (pondération T1) est toujours faite lors d'une IRMd, la combinaison des deux est une façon simple et peu coûteuse d'améliorer cette technique de reconstruction. Par ailleurs, discrétiser les surfaces corticales à l'aide de maillages, plutôt qu’avec des masques voxeliques, permet non seulement d'augmenter la précision de l'interface, mais d'intégrer facilement de nouveaux aprioris et de mieux choisir la répartition des positions initiales. L'ajout d'aprioris et de modèles géométriques permet de mieux modéliser près du cortex et ainsi connecter jusqu'aux surfaces corticales. Cette connexion rend possible la projection de mesures de la matière blanche le long du cortex, un domaine également utilisé pour plusieurs analyses anatomiques (ex. épaisseur corticale), magnéto-/électro-encéphalographie (MEG/EEG) et IRM fonctionnelle (IRMf). L'intégration de ces surfaces corticales à la tractographie a un impact important pour les recherches multimodales sur la connectivité cérébrale.