Analyse automatique des formes du cerveau pour le diagnostic

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1 Analyse automatique des formes du cerveau pour le diagnostic Activations (fmri) Morphologie (MRI) Metabolisme (PET) J.-F. Mangin Neurospin, I2BM, DSV, CEA Faisceaux de fibres (dmri)

2 La morphologie reflète la fonction Enfants autistes pathologie Hypertrophie de l hippocampe des chauffeurs de taxis plasticité à long terme Hypometabolisme,TEP Zilbovicius et al., 1997 déficit de gris, amri Boddaert et al. Neuroimage, 2004 Maguire et al., PNAS, 2000 apprentissage: effet du jonglage dans V5 plasticité à court terme pas d activation induite pas la voix (IRMf) Gervais et al. Nature Neuro Draganski et al., Nature, 2004

3 Le renouveau de la morphométrie cérébrale Phrenology (F.J. Gall 1808) recherche PubMed, 2006 keywords : «brain», «morphometry», et «MRI»

4 Une image IRM 3D = une pile de coupes 2D

5 Changement de plan de coupe

6 D autres plans de coupe

7 Comment mesurer une forme? La forme est une information qui ne change pas quand un objet bouge translation rotation changement d échelle Deux formes différentes: Les formes naturelles Que faire? un modèle?

8 Deux vieilles stratégies et leurs versions modernes Le modèle est une image associée à une grille Déformations d atlas D Arcy Thompson, 1917 Le modèle est caché dans le cerveau du dessinateur Segmentation automatique Gerig et al.

9 La normalisation spatiale 2 repères Une boîte englobante Une grille Un atlas papier Les années Neurochirurgie, Talairach Déformations Un cerveau moyen (moyen) Des coordonnées Latitude Longitude = Les années Normalisation automatique : STANDARD

10 Deux sujets «normalisés»

11 Peut-on réaliser une normalisation parfaite? Les macaques Les hommes Apparier les plis? De quelle manière? Miller et al.

12 Variabilité des motifs des plissements corticaux Peut on y découvrir la signature de certaines pathologies? Développement cérébral architecture tensions Van Essen, Nature, 1997

13 Etude du développement cérébral Imagerie anténatale, Cachia et al., CEA, Hôpital Necker, Paris, 2003 Grands prématurés, Dubois et al., CEA, University Hospitals, Geneva, 2007 Simulation à rebours, Cachia et al., CEA, 2003

14 Comment quantifier ces formes? Etiquetages manuels

15 Rétine 3D Développement d un neuroanatomiste artificiel Plis élémentaires Champs de vue des réseaux de neurones Flux bottom-up Deux heures de calcul sur une station standard Sillons

16 Reconnaissance automatique des sillons Minimisation d une énergie globale par recuit simulé Opinions locales des experts: OK NO 3000 cerveaux traités

17 Corrélats de la latéralité manuelle 14 subjects 128 subjects Le sillon central est plus grand dans l hémisphère dominant Collaboration: Int. Consortium for Brain Mapping

18 Un biomarqueur de l autisme? Enfants controles Enfants autistes STS surface (3D) Gauche D G Droite Sévérité de l autisme (ADI-R score) Statistical Parametric Maps of STS (corrigé pour l age, le genre et la taille du cerveau) Cachia, Zilbovicius et al., HBM, 2007

19 Cartographier le câblage du cerveau Une compétition entre les faisceaux??? Des images gigognes décrivant la mobilité de l eau + Le modèle du plat de spaghetti Poupon et al., Neuroimage, 2000 Mangin et al, NMR Biomed, 2002

20 Les faisceaux Nous n avons pas encore de modèle! Les nationales? Les autoroutes

21 Aide au diagnostic: réduire l information Sillon central gauche Sillon frontal supérieur droit (~3000) Injecter des informations cliniques, génétiques Proposer des taux de confiance Faire émerger des sous-groupes de malades Sélection univariée Sélection multivariée Tests de généralisation Classifieur (~150) (~30) (~10)

22 Une usine d analyse d images ( Diffusion gratuite des binaires Créer Un standard